第1章流體與固體結構中的波1



1.1波的描述1



1.2流體中的聲波8



1.3固體中的縱波10



1.4固體中的概縱波11



1.5固體中的剪切波12



1.6梁中的彎曲波14



1.7薄板中的彎曲波19



1.8各類波的色散曲線對比19



1.9振動波的能量密度和能量流21



第2章自然頻率、振動模態與受迫振動24



2.1自然頻率和振動模態24



2.2強迫振動與共振32



第3章波導41



3.1波導與截止頻率41



3.2薄壁圓柱殼中的彎曲波42



第4章結構的力阻抗、力導納和功率傳遞50



4.1力阻抗和力導納50



4.2集中的力阻抗和力導納52



4.3等截面彎曲梁的力導納函數56



4.4均勻薄平板的力導納和力阻抗68



4.5力導納和力阻抗的矩陣模型74



4.6結構功率76



第5章高頻振動簡介84



5.1高頻振動的概念84



5.2高頻振動的度量95



第6章振動結構所輻射的噪聲100



6.1點聲源100



6.2兩個基本面源同時存在時的聲輻射101



6.3鑲嵌於無限剛性平面的圓盤做活塞振動的聲輻射103



6.4矩形平板以彎曲模態振動所輻射的噪聲105



6.5具有多彎曲模態振動的平板聲輻射114



6.6獨立的輻射模態121



6.7平板彎曲波的聲輻射125



6.8平板的頻率平均輻射效率133



6.9結構在集中力或強迫位移作用下的聲輻射139



6.10圓柱殼的聲輻射145



6.11不規則形體的聲輻射150



第7章振動結構的流體載荷157



7.1振動結構的流體載荷問題概述157



7.2施加於振動結構的壓力場157



7.3結構和流體的波阻抗164



7.4振動板的流體載荷166



7.5具有流體載荷的平板自然頻率169



7.6流體載荷對點激勵平板的聲輻射影響170



7.7具有流體載荷的薄壁圓柱殼自然頻率171



7.8流體載荷對薄壁圓柱殼聲輻射的影響172



參考文獻175

《結構聲學原理》教材將用於“結構聲學原理”課程，該課程是船舶與海洋工程專業碩士研究生的選修課程。該教材以“聲波在媒質中傳播原理”為基本理論基礎，探討結構振動與聲波在媒質中的傳播及相互作用問題。目前國內諸多學者在闡述結構聲學問題時多采用振動觀點：將固體視作孤立對像，通過力學關繫研究對像的振動特征。“將固體視作孤立對像”的做法在研究結構以極低頻振動時是適用的，因此從實用角度出發，國內教材多采用振動學觀點闡述結構聲學理論。然而，海洋結構本質上面臨的是固體結構同無限海水相互作用的問題，在現實問題中，結構振動頻率多在聲頻，那麼無視固體結構同無限海水的相互作用將帶來預報、分析中的極大誤差，按照振動觀點無法解釋、分析現實海洋結構中出現的各類問題，因此必須采取波動分析全面闡述聲波在固體及海水中的傳播原理，進而為工程分析研究提供有力支撐。目前市面相關教材可分為兩類：一類以“振動分析”為主要內容，采取了振動觀點討論有限固體中的振動，適用於振動控制專業的技術人員；另一類以“聲學基礎”為主要內容，是水聲工程專業的專業基礎課教材。“聲學基礎”類教材在理論聲學層面的論述更為詳盡，側重於數學物理的理論推演，由於聲學問題本身就是多學科交叉問題，因而涉及面較廣，案例會涵蓋振動、環境聲學、聲吶等更多的領域，由此也帶來研究領域不聚焦的問題。就目前狀況看，船舶與海洋工程專業碩士研究生要掌握*的海洋結構聲學研究知識，就必須對兩類教材“通學”，這在學時有限、專業背景課程設置有限的情況下是難以實現的。為此，“結構聲學原理”課程組決定編寫出版《結構聲學原理》教材。“結構聲學原理”課程於2012年開始建設，長期以來使用國外教材、文獻作為教學素材。課程組於2016年完成了講義編寫，經過6年使用，學生反映較好。在院校教育改革中，“結構聲學原理”課程被納入船舶與海洋工程專業研究生培養方案和教學計劃，每年都有學生選修該課。由於各級教學領導機構對教材和知識的更新也提出了要求，因此編寫並出版該教材也是研究生教學迫在眉睫的問題。編者2023年3月