艦船在航行過程中會在其尾部留下一部分有特殊性質的海水，即為艦船的尾流。艦船尾流與周圍海水相比具有很多獨特的物理特性，根據尾流所具有的不同的物理特性可以對尾流進行分類。聲波相較于電磁波、光波等在水下具有傳播速度快、傳播距離遠和衰減小的特點，使得聲波在水聲工程領域得到了廣泛的應用。艦船尾流與周圍的水域相比具有獨特的聲學特性，通過相關聲學設備探測和檢測尾流，可以得到目標艦船的相關特性。分布在尾流中的氣泡半徑的大小、氣泡間距等對尾流的聲學特性起決定性作用。當入射聲波的頻率等于氣泡的諧振頻率時，氣泡對聲波的衰減最大，此時氣泡的目標特性最強。
      通過分析氣泡在主動入射聲波作用下的反射/散射特性，可以建立尾流中單個氣泡的薄球殼結構模型、根據氣泡的諧振頻率與氣泡半徑的大小、氣泡所處水下的深度有關，可以得到氣泡的相關材料屬性。有限元分析氣泡結構CAE分析模型，可以得到單個氣泡聲場的計算結果，為雙氣泡的有限元模型奠定了基礎。
      尾流中的氣泡對于入射的聲波在水與空氣的分界而會產生反射和散射作用，且主要與氣泡的諧振頻率有關。通過對氣泡的研究發現，氣泡的諧振頻率主要由氣泡的半徑和所處水中的深度決定的。小氣泡與諧振腔類似，可以把它看作一個彈性元件，根據其振動原理的類比電路，可以求出在受迫振動下小氣泡的諧振頻率。
      當入射聲波的頻率等于氣泡的諧振頻率時，通過界而聲波反射/散射定理，聲波可以穿透氣泡壁，并在氣泡內形成多階諧振，此時氣泡壁的位移最大。
      以此建立尾流中單個氣泡的有限元結構模型，經過有限元計算，得不同半徑氣泡的相關材料參數。尾流中氣泡大小的分布與海洋背景相似氣泡數密度比海洋背景中高，且氣泡之間的平均距離遠大于氣泡的半徑。用聲納測量以15 kn航速航行的驅逐艦產生尾流氣泡的分布規律，發現尾流中直徑為0.08-0.17 mm的氣泡數密度達5.98X10^-6 kg/m3，比周圍海水的氣泡數密度高1-2個數量級。利用激光全息技術研究表明，半徑在1015 gm之間，每1 gm半徑寬度對應氣泡數密度可達10個/m³。
      通過以上分析，假設所取尾流模型體積為1 m³且為正方體形狀，按氣泡數密度大約為10個/m³，將模型等分為10個小正方體，而球殼氣泡位于小正方體的中心，則可得2個氣泡中心之間的距離為2X10^-2m。由此可以建立尾流中2個氣泡的結構模型。
      現在利用有限元的方法來分析雙氣泡模型。利用ANSYS建立雙空泡的結構模型。由分析可知，兩氣泡之間的平均距離為2X10-2 m，可以在點Q(-0.01, 0, 0)處設置局部坐標系，建立單個尾流中氣泡的薄球殼模型，設2個氣泡的半徑相等，為r=1.0X10^-4 m，將整個模型關于：軸映射，得到2個氣泡的結構模型。為方便表示，將2個氣泡之間的距離縮短。
      將建立的雙氣泡模型導入SYSNOISE中，利用有限元結構模型分析其模態，氣泡的半徑取r=1.0X10^-4 m。外加500 N的載荷、分析頻率選擇50 kHz，取2個氣泡有限元結構上的點進行計算。將點的位移數據保存下來，通過響應函數得到結構上的點在周期變化的載荷作用下的位移變化。

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│CAE分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.alekzandor.com，轉載請注明出處和相關鏈接！