学术前沿 | 湍流激励空腔-板-外部空间耦合系统的振动声学建模

提出了研究TBL诱导腔-板-外空间耦合系统的振动声问题的公式。基于瑞利-里兹方法，首次成功地建立了该耦合系统的统一解，并考虑了一般的边界约束、壁面阻抗和加固配置。采用切比雪夫谱法描述板的位移和腔内的声压，采用瑞利积分表示外部空间的辐射声压。数值计算结果表明，该公式具有收敛性快、精度高的特点。利用频率响应函数的蒙特卡罗四重积分和追逐交叉谱模型计算了TBL激发响应。蒙特卡罗积分方法提供了精确的四重积分计算，不受波数截断或空间离散化，且不受频率范围和流速限制的限制。

研究了一般边界约束、壁面阻抗和任意定向加筋对腔内均方速度和声能的影响。结果表明，阻抗对奇阶模态形状对应频率下的结构振动有显著影响。变化阻抗的周期性排列有效地减弱了声波在腔内的传播。周期性阻抗安排数量的增加导致腔底部的声功率降低，特别是在低频范围内。此外，由于模态形状的变化，在不同方向的相同边界条件产生不同的流诱导响应。此外，随着加强角从0◦增加到90◦，在低频范围内的整体振动水平逐渐下降。钢筋对腔内声能的衰减影响可以忽略不计；在某些情况下，例如使用一个简单的支撑板，它甚至可能导致声能的增加。

建立流动诱导的腔-板-外空间耦合系统对水下应用具有重要意义。虽然本研究特别关注于具有规则腔的矩形板的建模，但目前的公式可以扩展到更复杂结构的振动声学模型，如加强复合板和不规则腔。