潜艇典型舱段结构声学优化设计研究

论文摘要

潜艇由于具有隐蔽性和突发攻击能力而成为现代海军的主战力量,提高潜艇的声隐身性能,对于增强其综合作战能力具有事半功倍的效果,历来受到各国海军的高度重视。传统减振降噪设计是设置弹性支撑或阻尼物质,这属于柔性隔振,但实际应用中,某些设备或结构在运行时不允许自身有大的变形,同时,为了保证结构强度和水密性,钢板之间焊接得十分牢固,此时必须研究使用刚性隔振技术,目前国内这方面的系统研究很少。为此,本文开展了以下研究工作。采用波动分析法,根据不均质结构中的阻抗特性和波型转换,研究了振动噪声在潜艇典型结构中的传递特性,并以此为切入点,通过将十字型、错开十字型和阶梯型组合板结构形式引入潜艇典型结构设计、在振动噪声主传递途径上布设刚性阻振质量、敷设吸振覆盖层等方式来阻隔振动噪声主分量的传递,初步给出了具有高传递损失特性的潜艇典型基座、舱壁和舷间连接结构。根据潜艇典型舱段的结构特点建立了参数化的结构模型,基于结构动力学优化设计理论,在满足重量、尺度、强度和安装要求等约束下,进一步构造了潜艇典型基座、舱壁和舷间连接结构形式的动力学优化模型,进行了以潜艇舱段振动特性为目标函数的动力学优化设计。将刚性阻振质量引入振动噪声在潜艇典型基座、舱壁和舷间连接结构中的主传递途径,根据结构动力学优化设计理论,在不过度增加潜艇舱段总重量和尺度、不破坏舱段结构强度等的前提下,对阻振质量的截面尺寸、布设位置等进行了基于离散变量的动力学优化设计根据声学边界元法对比分析了高传递损失基座、舱壁和复合托板结构对潜艇典型舱段结构振动声辐射特性的影响,验证了优化设计方法的有效性,为潜艇的减振降噪设计提供新的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 振动噪声在结构中的传递特性研究现状
• 1.2.2 阻抗失配技术阻隔振动噪声传递特性研究现状
• 1.2.3 结构声学优化设计技术研究现状
• 1.2.4 结构动力学优化设计技术研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 阻抗失配技术及动力学优化设计理论
• 2.1 引言
• 2.2 振动波在潜艇典型结构中的传递特性
• 2.2.1 十字型组合板中振动波传递特性分析
• 2.2.2 错开十字型组合板中振动波传递特性分析
• 2.2.3 阶梯型组合板中振动波传递特性分析
• 2.2.4 刚性阻振质量阻隔振动波传递特性分析
• 2.3 结构动力学优化设计基本理论
• 2.3.1 设计变量
• 2.3.2 状态变量
• 2.3.3 目标函数
• 2.3.4 优化设计数学模型
• 2.3.5 ANSYS优化设计工具介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 潜艇典型舷间连接结构声学优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 双层圆柱壳舷间振动传递途径分析
• 3.3 舷间连接结构动反力分析
• 3.4 刚性阻振质量复合托板优化分析
• 3.4.1 刚性阻振质量截面尺寸优化分析
• 3.4.2 刚性阻振质量布设位置优化分析
• 3.5 高传递损失复合托板结构形式优化分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 潜艇典型基座结构声学优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 刚性阻振质量基座优化分析
• 4.2.1 刚性阻振质量截面尺寸优化分析
• 4.2.2 刚性阻振质量布设位置优化分析
• 4.3 刚性阻振质量基座组成板适配性优化分析
• 4.4 高传递损失基座结构形式优化分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 潜艇典型舱壁结构声学优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 振动波斜入射刚性阻振质量传递特性分析
• 5.3 含刚性阻振质量环舱壁优化分析
• 5.3.1 刚性阻振质量环横截面尺寸优化分析
• 5.3.2 刚性阻振质量环布设位置优化分析
• 5.4 含刚性阻振质量锯舱壁优化分析
• 5.5 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