水下吸声材料数值仿真与优化设计

论文摘要

空腔吸声结构和尖劈吸声结构是两种常用的吸声结构,将空腔结构和尖劈结构进行结合,可以增大吸声体在高频范围内的吸声系数和吸声频带宽度,并改善吸声体在低频范围内的吸声性能。由于声纳的波段不断向低频方向发展,在低频范围内吸声降噪能力较低的水下航行器被敌方发现的危险性日趋增大。因此,研究在低频范围内具有良好吸声降噪能力的水下吸声体具有重要的理论价值和现实意义。本文建立了水下带空腔吸声平板结构和水下带空腔吸声尖劈结构的有限元模型,并利用有限区域截断模拟无限区域流体,建立了吸声结构外围流体的有限元模型。在流体单元和结构单元接触界面处设置流体-结构耦合界面,从而建立了流体和结构的耦合有限元模型,采用阻抗匹配等声学条件将结构动力学问题和声学问题相连结,通过计算吸声结构表面质点的位移和吸声结构表面流体中声压值间接得到水下吸声结构的声反射系数和吸声系数。计算结果表明,空腔结构的谐振作用增强了水下结构在低频范围内的吸声性能。文中采用有限元分析软件ANSYS和数值计算软件MATLAB对水下带空腔平板吸声结构和水下带空腔尖劈吸声结构的吸声性能进行了研究,分析了弹性模量、泊松比等材料参数和静水压力等因素对水下吸声结构吸声性能的影响。同时,利用ANSYS软件提供的参数化设计语言APDL （ANSYS Parametric Design Language）编制了宏文件,结合VB软件对有限元软件ANSYS和数据后处理所使用的计算软件MATLAB进行了二次开发,得到水下吸声材料声学性能仿真软件,可应用于水下空腔吸声结构及吸声材料的优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 吸声材料和吸声结构简介
• 1.2.1 吸声性能指标
• 1.2.2 水下吸声材料
• 1.2.3 水下吸声结构
• 1.3 国内外研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 有限元结构分析原理及流程
• 2.1 有限元方法及其求解思路
• 2.2 基于ANSYS的水下吸声结构有限元分析
• 2.2.1 ANSYS的分析流程
• 2.2.2 ANSYS的结构声学分析
• 2.2.3 ANSYS的流固耦合分析
• 2.3 反射-吸声系数计算方法
• 第3章 平板结构的有限元仿真及优化
• 3.1 ANSYS声学计算算例
• 3.1.1 平板结构实体模型
• 3.1.2 实体模型有限元网格划分
• 3.1.3 流固耦合流体单元和外部声场边界单元设置
• 3.1.4 求解计算
• 3.2 均匀平板结构吸声性能分析
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.3 空腔结构平板吸声性能分析
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 振动分析
• 3.3.3 参数影响分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 尖劈结构的有限元仿真及优化
• 4.1 尖劈结构计算模型
• 4.1.1 超弹性材料参数的设置
• 4.1.2 超弹性单元类型的选择
• 4.1.3 压力载荷的加载
• 4.2 振动分析
• 4.3 静水压力影响分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于APDL的声学仿真软件开发
• 5.1 软件开发关键技术的实现
• 5.1.1 VB对ANSYS的批处理调用
• 5.1.2 参数化的实现
• 5.1.3 VB对MATLAB的调用
• 5.2 水下声学仿真软件的特点
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢