目的及意义

在现代中外海洋矛盾冲突日益激烈的背景下，国家的海洋力量显得格外重要，有着军事或非军事作用的潜艇，其先进水平是一个国家海洋力量的综合体现，潜艇要想有效做到各种作战方针，关键在于能否保持潜艇机动隐蔽性。因此，能使潜艇在浩瀚的海洋背景噪音中不被声呐所侦测到的声隐身技术尤为重要。

为了实现潜艇声隐形，需要潜艇的舰体材料有着特殊的声学性质，以达到使敌方声呐难以探测到的目的。

当声波照射到物体上时,声波就会发生反射、散射、和衍射等物理过程。当一自由行进的声波遇到障碍物时，该障碍物对声波产生散射作用，这时在空间中除了原来的声波以外，还会出现一个从障碍物向四周散射的散射波（次级波），这两种声波在空间中叠加而产生干涉。在这里，我们定义散射声场包括声波遇到物体后产生的反射波、散射波、衍射波，各波共同参与产生回声信号。

回声信号与目标强度密切相关。目标强度即声呐的探测目标其声反射本领的大小。在某个特定方向上，次级波到达接收点被接收，主动声呐通过接收这种信号实现目标探测和目标分类识别。目标强度的大小，决定了物体在声呐中的隐蔽能力的强弱。

物体目标强度值的大小,除和声源、接收点方位有关外,还取决于物体几何形状、体积大小和组成材料等因素，而物体的目标强度值无法通过简单的观察来得到，想要得到目标强度值，需要对物体测量，但是，现实条件往往有限，测量过程中一些如缺少材料或缺少条件的问题一直存在，这就需要借助声学仿真研究软件来进行研究，即通过数值方法来研究声学问题。

声学研究方法主要包含了实验法，理论研究法和数值研究法。数值方法主要包括有限元法和边界元法。有限元法是目前应用较广泛的数值分析技术之一，由于它能应用于几乎所有的连续介质问题或场问题,因此, 有限元法在包括声学在内的物理学各个领域内同样引起了极大的重视。有限元法一般包括六个基本步骤:1. 连续介质离散化。2.选择插值函数。3.求出单元特性。4.集合单元特性。5.求解系统方程组。6.按照需要进行附加计算。边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法。与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。所以边界元法与有限元法相比，具有单元个数少，数据简单等优点。声学边界元可以分为直接边界元和间接边界元: 直接边界元要求模型封闭，且只能计算边界元模型内部或外部声场，不能同时计算; 而间接边界元模型可以封闭也可以不封闭，并且可以同时计算内外声场。

Virtual.Lab.Acoustics是由LMS公司开发的基于CATIA V5平台的集成仿真CAE平台，操作简便，有着强大的计算能力，能够计算各种各样的声学数据，可以建立和计算声学有限元模型和声学边界元模型。其主要有Acoustic(声学)、Durability(耐久性)、Motion( 多体动力学)、Vibration(振动)、Structure(有限元前后处理)、Desktop(桌面)和Optimization(优化)等模块工程。在有限元前处理中，网格划分模块有强大的功能，可以直接在Cad上绘制实体网格、二维和一维网格，也可以直接创建网格。Virtual.Lab 中创建的网格可以兼容Nastran和Ansys的单元类型，也可以直接导入Nastran和Ansys的有限元模型，直接驱动Nastran和Ansys进行各种有限元计算。Virtual.Lab.Acoustics还可以和其他CAE软件进行数据交互。

近些年来，许多学者也使用Virtual.Lab.Acoustics进行了很多工作，例如使用Virtual.Lab.Acoustics进行抗性消音器性能研究的孙路伟[1]等，使用Virtual.Lab.Acoustics研究蜂窝夹层板结构传声特性的范鑫[2]等，使用Virtual.Lab.Acoustics进行瞬态开门噪声仿真研究的华勇[3]等，以及使用Virtual.Lab.Acoustics进行汽车排气消声器声学性能研究的唐博[4]等。

本文基于Virtual.Lab.Acoustics软件对声材料的散射场进行研究，并分析各种参数对目标强度的影响，为声材料的设计提供有用参考。