Введение к работе
Актуальность темы. Анализ'излучения звука распределенными механическими системами встречается в различных технических приложениях акустики. Расчеты звуковых полей, создаваемых такими объектами, широко используются в области, связанной о уменьшением шума, и, в частности, в судовой акустике. При этом борьба с шумом является одной из актуальных проблем. При изучении акустических характеристик конструкций и акустических преобразователей приходится определять характеристики таких элементов, как упругие пластинки и оболочки.
Особенно сложны задачи о колебании и излучении звука упругими телами, помещенными в жидкость. При этом силы реакции, действующие со стороны жидкости на тело, сравнимы по величине с силами, возбуждающими колебания тела. Точные аналитические решения задач взаимодействия жидкости и упругого тела известны для ограниченного числа случаев, которые представляют скорее академический интерес Сбезграничные плоские пластины, цилиндры, сфера или шар). На практике расчет акустических характеристик, как правило, связан с численными методами решения систем интегродифференциальных уравнений, которыми описывается поведение упругого тела в жидкости.
В настоящее время прогресс в вычислительной технике позволил решать задачи практически любой степени сложности, а эграничения носят непринципиальный характер и связаны преиму-иественно с возможностями конкретного компьютера и стоимостью вычислений. Для задания входных параметров необходима априорная информация, позволяющая судить о точности задания негодных данных. Реальные механические системы имеют большое гасло неоднородностей Слокальные и распределенные массы, ;варные соединения и т.п.). Вопрос о влиянии таких неоднород-юстей на'излучение практически не исследован. В то же время, эсли влияние неоднородностей на акустические характеристики їєлико, то возрастает сложность описания'конструкций, а ис-юльзование численного моделирования для проектирования ста-ювится дорогостоящей к неэффективной процедурой.
Поэтому актуальной задачей является исследование влияния конструктивных неоднородностей на акустические характеристики механических систем и построение простых моделей, которые позволили бы учесть вклад неоднородностей в излучение и производить предварительные оценки эффективности мероприятий по снижении уровня шума.
Цель работы - исследование влияния конструктивных неоднородностей на формирование акустических характеристик механических систем с распределенными параметрами и построение простых, преимущественно аналитических, моделей, описывающих поведение неоднородных механических систем.
Проведенные исследования носили как теоретический, так и экспериментальный характер и позволили дать ответы на вопросы, которые часто встречаются в практических задачах.
Научная новизна. Основные научные результаты диссертации, выносимые на защиту, состоят в следующем:
-
Получены общие выражения, описывающие влияние неоднородностей на резонансное и нерезонансное излучение линейных распределенных механических систем общего вида Супругие оболочки, пластинки, балки). Из этих выражений видны зависимости мощности излучения от характера, величины и количества неоднородностей. Получены условия роста излучения при внесении локальной одиночной неоднородности и определен вид механических систем (тонкостенные оболочки), анализ которых представляет і наибольший интерес.
-
Предложен простой эффективный способ расчета акустических характеристик цилиндрической оболочки конечной длины, опирающийся на представление решение в виде системы нормальных волн, испытывающих многократные отражения от границ. Про-' ведено сравнение результатов расчета с известными Смодовым решением).. Показано, что излучение оболочки определяется системой из трех мультипольних источников различной амплитуды, локализованных в точке возбуждения и на краях.
-
Проведено исследование влияния краевых условий на излучение оболочки. Указаны физические причины, лежащие s основе зависимости резонансного излучения от краевых условий и показано, что в случае механических систем типа оболочка не-
монотонный характер функции плотности резонансов приводит к увеличению излучения при свободных концах.
-
На основе предложенного метода проведено исследование зависимости характеристического излучения от величины неоднородности и взаимного расположения точек возбуждения и локализации неоднородности.
-
На основе предложенной в диссертации аналитической модели излучения звука оболочками, исследован класс задач об излучении звука оболочкой при плавном изменении ее параметров вдоль образующей*
Практическая ценность работы состоит в тем, что проведено всестороннее исследование влияния неодноролностей на акустическое излучение распределенных механических систем и получены простые формулы, позволяющие прогнозировать изменения акустических характеристик при внесении неодноролностей. В прикладном плане значимость работы заключается в возможности эффективного использования полученных в диссертации результатов- для оценки эффективности мероприятий, направленных на снижение уровня шумов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции "Волновые и вибрационные процессы в машиностроении" (Горький 1989), Всесоюзном симпозиуме "Взаимодействие акустических волн с упругими телами" СТаллинн 1989), XI Всесоюзной акустической конференции (Москва 1991) и Втором международном конгрессе по проблеме шум-вибрация (Auburn, USA, 1992). Каждая из'печатных.работ обсуждалась на семинарах отделения гидрофизики ИПФ РАН.
Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и списка литературы. Объем диссертации составляет 133 страницы машинописного текста, имеется 31 иллюстрация. Список литературы состоит из 106 наименований.
