原文摘要：

      提出了一種分析無限長薄圓柱殼在水下波導中的線分布諧波激勵作用下的振動聲學的解析方法。薄殼的運動方程建模使用Flugge殼理論，流體結構耦合實現圖像源方法占的無限反射聲波波導邊界和格拉夫的附加定理用于調和圖像源的坐標系的解析表達式。通過有限元模型的數值結果驗證了解析模型的振動聲響應，顯示了良好的一致性。該分析方法為參數研究自由表面和/或剛性地板的接近對殼體振動聲行為的相對影響提供了一個計算效率高的計算工具。

原文總結：

     本文介紹了一種評估薄圓柱殼在線分布諧波激勵下的淺水振動聲學的高效分析模型。所采用的波導由上部自由表面和下部海床組成。該分析方法采用了Flügge殼方程、鏡像源方法，并應用了Graf的加法定理來協調不同坐標系的鏡像源。文中提出并驗證了振動、聲壓和輻射聲功率的指標，與相應的有限元模擬結果非常吻合。該分析模型減少了振動聲學問題的計算復雜性。通常為了解決遠點問題，COMSOL模型的計算域需要擴展，增加了解決系統所需的計算量。然而，分析方法沒有遇到同樣的限制。在評估流體域中單個觀測點的聲壓時，它的計算速度比有限元模擬快幾個數量級，需要較少的內存和數據存儲，相對于有限元模擬。

      隨后的研究使用了現有方法來研究駐波準則，通過將結果與所謂的“鏡像效應”模型進行比較，探討了包含鏡像源貢獻在流體-結構耦合中的重要性，比較了與脈動單極子的結果，并對不同波導配置的極限情況進行了研究。研究發現，相較于通常忽略了流體-結構耦合項中的鏡像源貢獻的“鏡像”效應方法，現有方法是一種更準確的方法。對于預測結構響應來說兩者的比較結果相似，但在低頻和駐波頻率下，聲學響應存在差異。這強調了“鏡像”效應不適用于預測聲學輸出。在壓力水平曲線中觀察到的振蕩是鏡像源貢獻的直接結果，這些貢獻受到力配置的影響。垂直加載的殼體即使在低頻下也會出現振蕩，而水平加載的殼體與脈動單極子類似，除了在駐波頻率下。在不同的波導配置下觀察聲學響應，一般結論是海床增加了遠場的聲壓，而自由表面相對于無界海域則降低了聲壓。垂直加載的殼體需要一個較大的波導才能忽略振蕩，從而假定為極限情況，相對于水平加載的殼體。最后，垂直加載的殼體行為與水平加載的殼體不同，而水平加載的殼體類似于脈動單極子。

       本研究采用的簡化建模框架（薄殼模型、二維近似、完美水下波導）經過數值驗證，可以為更復雜的振動聲學現象提供有價值的見解，并可作為未來操作模型的基準和驗證工具。

文章來源：comsol多物理場仿真技術