因结构振动与结构布置和材料属性强性关，根据某艇整艇结构的三维几何模型，将各个部件分别存储为*.xt中间格式文件，然后在ANSYS软件平台中对各个部件分别进行有限元建模，再合成得到完整的有限元模型，如图8.105所示。为保证网格质量，所有面网格和体网格尽量采用规则四边形、六面体映射网格进行剖分。其中，有限元单元总数为642万个，有限元节点总数为148万个。泵喷轴向非定常力的时域脉动特性及频谱如图8.106所示，可知，该轴向力具有较明显的周期特性，其中最主要的两根线谱分别为30 Hz和60 Hz，对应的激振力幅值达到了近400 N，占设计航速下泵喷总时均推力的1.3‰。
图8.105 结构有限元模型
（a）发射舱；（b）尾舱；（c）蓄电池基座；（d）推进电机基座
图8.106 泵喷轴向激振力时域和频域信息
结构有限元计算时艇体外部结构不施加任何约束。将CFD计算得到的泵喷轴向激振力作为集中力施加到潜艇推进轴系尾端，采用有限元方法计算潜艇的振动位移，并将位移转移为振动速度边界条件，通过建立声学边界元模型，预报泵喷推进器-轴系-艇体耦合振动及水下辐射噪声。强线谱60 Hz处的耐压壳体、推进轴系、推力轴承基座和尾部轻壳体的振动响应云图如图8.107所示。可知，在60 Hz强线谱处，泵喷轴向激振力激起了潜艇耐压壳体较丰富的模态，且推进轴系尾轴端出现了局部共振，轴系匹配设计时需引起重视。对于轻壳体而言，主要表现为尾部的局部振动。
图8.107 60 Hz频率下典型结构部位的振动响应云图
（a）耐压壳体振动响应；（b）推进轴系振动响应；（c）推力轴承基座振动响应；（d）尾部轻壳体振动响应(www.xing528.com)
直接提取潜艇轻壳体有限元模型的单元、节点作为边界元模型，边界元单元总数为18.5万个，节点总数为9.3万个，声场点取水平面进行分析。因声网格节点数量过多，计算时采用快速多极边界元技术对实尺度大规模声场进行噪声预报。噪声计算时，提取轻壳体湿表面的振动位移，将其转化为法向振动速度作为边界元模型的边界条件，根据Helmholtz声学积分方程对潜艇表面声压、空间声场进行数值计算。计算得到测点位于艇首、艇尾、左舷侧和右舷测点时的声源级曲线如图8.108所示。可知，结构噪声声压级曲线在30 Hz、60 Hz频率处出现了两根强线谱，且来源于泵喷轴向力线谱，其中最强声压在60 Hz处达到了150 dB。当频率高于60 Hz时，声压级曲线总体在130 dB以下。
图8.108 水平面典型测点位置处的声源级曲线
（a）艇首测点声源级；（b）艇尾测点声源级；（c）艇体右舷测点声源级
进一步对两个30 Hz和60 Hz处强线谱的空间辐射声场进行声指向性分析。计算得到水平方向和横剖面（船中剖面）内的声指向性分布如图8.109所示。可知，水平面内30 Hz线谱处的声指向性在30°～60°方位的声压级略强于其他方位，而60 Hz对应的声指向性在90°～270°方向声压级略强于其他方位，并在艇前方呈现为瓣状。横剖面内，30 Hz对应的声指向性整体辐射较均匀，60 Hz对应的声指向性上方的声辐射明显强于下方的声辐射，且在225°、315°方向呈现为向内凹的瓣状。
图8.109 强线谱在艇体典型空间方位的声指向性分布
（a）水平面内30 Hz线谱；（b）水平面内60 Hz线谱；（c）横剖面内30 Hz线谱；（d）横剖面内60 Hz线谱
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