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Schallabstrahlung von ringversteiften Stahlzylindern in Wasser

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Experiments with a cylindrical steel shell reinforced by 5 internal ring stifFeners in two arrangements prove — in agreement with theoretical approximations — that natural frequencies, mode shapes, and radiation efficiencies depend on the ring-positions of the stiffeners. The high radiation damping in the upper frequency range influences strongly the distribution of particle velocity along the surface of the point-force excited shell, similar to former findings with unstiffened shells. The radiation efficiency can be calculated from this velocity distribution. A new term, the “mode strength”, is introduced in order to measure the reaction of the surrounding medium on the vibration pattern of the radiating structure. The acoustic radiation in the case of strong reaction is more appropriately described by the force- or velocity-related radiation efficiency (depending on the driving impedance) than by Gösele's classical radiation efficiency. The different terms can easily be explained by a simple lumped-element model circuit of the radiator and the surrounding medium.

Zusammenfassung

Messungen an einem durch jeweils 5 innenliegende Ringe in 2 verschiedenen Anordnungen versteiften, punktkrafterregten Stahlzylinder zeigen ebenso wie Näherungsrechnungen, daß Eigenfrequenzen, Modenformen und Schallabstrahlung von den Ringpositionen abhängen. Die hohe Strahlungsdämpfung im oberen Frequenzbereich wirkt sich wie beim unversteiften Zylinder stark auf die Schnelleverteilung entlang der Zylinderoberfläche aus. Aus der Schnelleverteilung läßt sich der Abstrahlgrad berechnen. Als neuer Begriff wird die ,,Modenhärte” eingeführt, um die Rückwirkung des umgebenden Mediums auf das Schwingungsverhalten des Strahlers zu charakterisieren. Zur Beschreibung des Abstrahlverhaltens im Fall starker Strahlungsdämpfung eignen sich je nach den Anregungsbedingungen der Schnelle- oder Kraft-normierte Abstrahlgrad besser als der Abstrahlgrad nach Gösele. Die verschiedenen Begriffe lassen sich anhand eines einfachen Ersatzschaltbildes für den an das umgebende Medium angekoppelten Strahler erklären.

Sommaire

On a effectué des mesures en cuve d'eau avec un cylindre creux en acier renforcé de deux manières différentes par 5 anneaux intérieurs et excité par une force ponctuelle. Ces mesures, ainsi que des calculs approximatifs ont montré que les fréquences propres, les formes des modes et le rayonnement acoustique du système dépendent nettement de la position des anneaux de renfort. Le haut degré d'amortissement par radiation dans le domaine des fréquences supérieures agit comme pour les cylindres renforcés et influence fortement la distribution des vitesses le long de la surface du cylindre. De cette distribution on peut déduire le coefficient de rayonnement. Un nouveau concept est introduit, celui de la «dureté modale», afin de caractériser la réaction du milieu environnant sur le comportement vibratoire de l'objet émetteur. Pour décrire le comportement de rayonnement dans le cas des amortissements de radiation élevés, il paraît plus indiqué de se servir du coefficient de rayonnement rapporté selon le cas à la vitesse ou à la force plutôt qu'au coefficient de rayonnement selon Gösele. Ces différents concepts sont explicités au moyen d'un circuit équivalent simple décrivant le corps vibrant couplé au milieu qui l'entoure.
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Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 1982

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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