声学覆盖层声性能数值模拟研究

论文摘要

水下航行体的声隐身历来是人们所关心的问题,在其壳体表面敷设各种声学覆盖层是应用最广泛也是非常有效的一种提高其隐身性的方法。本文基于有限元原理研究了具有空腔结构的吸声覆盖层在声波任意角度入射情况下的反射、透射及吸声特性;运用非均匀波导理论对隔声去耦瓦的隔声性能进行了研究。基于三维有限元基本理论研究了吸声覆盖层的声特性,自编程序数值模拟了不同背衬条件下的反射系数、透射系数及吸声系数频响曲线。将粘弹性材料作为具有一定内损耗的弹性介质来考虑,计及粘弹性材料的切形变,将吸声材料的弹性模量表示成复数形式。取吸声覆盖层的一个空腔单元进行分析,并运用Bloch—Floquet周期关系研究了材料后面的边界条件、空腔的形状以及声波入射方向对谐振吸声结构的影响。采用非均匀波导理论研究了敷设于耐压壳体外表面的隔声去耦瓦的隔声特性。将多层结构的传递矩阵求逆,利用声能的反向传输关系,对隔声去耦瓦进行空腔形状和材料参数设计,提出了优化方案,得到了使隔声去耦瓦低频隔声性能较佳的腔型。研究表明:材料杨氏模量对隔声去耦瓦隔声量的影响大于密度和损耗因子对其的影响;隔声层采用倒置腔型可以明显改善现有隔声去耦瓦的低频隔声性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 潜艇隐身技术概况
• 1.2.2 吸声覆盖层理论研究
• 1.3 隔声去耦瓦研究
• 1.4 本文的研究内容和研究方法
• 第2章 吸声覆盖层有限元分析基本理论研究
• 2.1 有限元基本思想
• 2.2 理论方程的建立
• 2.2.1 流体有限元方程
• 2.2.2 结构有限元方程
• 2.3 流体外边界的边界条件
• 2.4 周期边界条件
• 2.5 平面波反射（透射）系数及吸声系数
• 2.6 本章小结
• 第3章 吸声覆盖层谐振特性分析
• 3.1 建立三维有限元模型
• 3.2 结构、流体的单元矩阵及总体矩阵的计算
• 3.3 空气背衬吸声覆盖层谐振特性分析
• 3.3.1 均匀层结构反射系数
• 3.3.2 含圆柱空腔吸声覆盖层谐振特性
• 3.3.3 声性能随材料杨氏模量变化
• 3.3.4 声性能随材料密度变化
• 3.3.5 含圆台空腔吸声覆盖层谐振特性
• 3.4 钢板背衬吸声覆盖层谐振特性
• 3.4.1 圆柱空腔吸声覆盖层
• 3.4.2 圆台空腔吸声覆盖层
• 3.4.3 喇叭型过渡空腔吸声覆盖层
• 3.5 水背衬吸声覆盖层谐振特性
• 3.6 本章小结
• 第4章 隔声去耦瓦隔声性能研究
• 4.1 理论关系式
• 4.1.1 反向隔声量定义
• 4.1.2 反向隔振量定义
• 4.1.3 单层介质的反向传递矩阵
• 4.1.4 多层介质的反向传递矩阵及隔声量
• 4.2 含基本腔型隔声去耦瓦的隔声性能比较
• 4.3 本章小结
• 第5章 隔声去耦瓦腔型及材料参数设计
• 5.1 腔型e尺寸设计
• 5.1.1 改变阻尼层端空腔直径d2（大圆直径）
• 5.1.2 改变吸声层端空腔直径d1（小圆直径）
• 5.1.3 直径d1、d2同时改变
• 5.1.4 改变间距d
• 5.2 腔型g尺寸设计
• 5.2.1 改变阻尼层端空腔直径d2（大圆直径）
• 5.2.2 改变吸声层端空腔直径d1（小圆直径）
• 5.2.3 大小圆直径同时改变
• 5.3 腔型e、g声性能比较
• 5.3.1 腔型e、g隔声性能比较
• 5.3.2 腔型e、g吸声性能比较
• 5.4 隔声去耦瓦声性能随材料参数变化关系
• 5.4.1 杨氏模量
• 5.4.2 密度
• 5.4.3 损耗因子
• 5.4.4 隔声去耦瓦材料参数优化
• 5.5 隔声去耦瓦腔型的进一步优化
• 5.5.1 隔声去耦瓦设计前后声学性能对比
• 5.5.2 隔声去耦瓦腔型的进一步优化
• 5.6 本章小结
• 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