敷设隔声去耦瓦的双层加肋圆柱结构声辐射特性研究

论文摘要

潜艇的隐身性是潜艇的一项至关重要的性能指标。而有限长加肋圆柱壳结构是潜艇、鱼雷等各种航行器舱段的典型结构形式。这些航行器的结构噪声来源于内部机械激励壳体振动,并带动周围流体介质振动产生声辐射,严重影响了水下航行器的整体性能。因此,研究流体介质中有限长圆柱壳体的声振耦合特性具有重要的理论价值和实际意义。本文从数值计算和模型实验两个方面研究了有限长双层圆柱壳的振动及声辐射特性,主要完成以下工作:在经典模态分析方法理论基础上,运用有限元声学计算手段,建立了模型结构水下振动和声辐射的有限元分析模型。在有限元分析模型中,采用有限截断来近似模拟模型无限流体介质的实际物理环境,并对结构进行了湿模态分析。基于有限元、边界元法,运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE,通过对圆柱壳结构参数(内壳板的厚度、肋骨的布置)的改变,分析了结构参数对水下结构振动及辐射噪声的影响,找到了结构参数改变对其结构辐射噪声的影响规律。针对敷有隔声去耦材料的双层环肋圆柱壳结构的水下振动和声辐射问题,建立了“结构—去耦材料—流体”耦合作用下的声振物理模型,在此基础之上对这一问题进行了模型实验研究。详细阐述了模型试验中模型的设计制造、实验内容方法步骤等,为实验的顺利完成奠定基础。对实验结果进行了分析,找到了去耦材料的减振降噪规律以及圆柱结构在水下流固耦合振动和声辐射规律:敷设去耦材料能显著减小结构振动和降低辐射噪声,并且减振降噪效果与激振方式和激振频率、去耦材料的敷设方式和敷设部位、模型具体结构形式等因素都有关。通过分析模型结构的水下辐射声场特性可以发现,模型的辐射噪声具有明显的指向性分布,在某些情况下通过部分敷设去耦材料就能达到预期的降噪效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 目的与意义
• 1.2 环肋圆柱壳的动力学响应与声辐射特性研究概况
• 1.2.1 环肋圆柱壳动力学响应研究
• 1.2.2 环肋圆柱壳声辐射特性研究
• 1.3 敷设阻尼材料的圆柱壳振动与声辐射特性研究
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 内壳厚度对双层壳声辐射特性的影响
• 2.1 引言
• 2.2 基本理论
• 2.2.1 有限元的声场计算原理
• 2.2.2 流体中的声学BEM方程
• 2.2.3 计算方法
• 2.3 有限元模型的确定
• 2.3.1 单元类型的确定
• 2.3.2 网格精度的确定
• 2.3.3 结构有限元模型
• 2.4 模态分析
• 2.4.1 模态分析原理
• 2.4.2 固有频率
• 2.4.3 固有振型
• 2.5 内壳厚度对壳体辐射噪声的影响
• 2.5.1 工况描述
• 2.5.2 壳板厚度对壳体振动的影响
• 2.5.3 壳板厚度对壳体声辐射的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 内壳肋骨布置对双层壳声辐射特性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 工况描述
• 3.3 肋骨数目对壳体振动的影响
• 3.4 肋骨数目对壳体结构声辐射的影响
• 3.4.1 辐射声功率比较
• 3.4.2 辐射声压比较
• 3.4.3 辐射声压指向性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 双层圆柱壳模型声特性实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验准备
• 4.2.1 前期准备
• 4.2.2 模型的设计及评价
• 4.3 实验目的和方法
• 4.3.1 实验目的
• 4.3.2 实验内容
• 4.3.3 实验工况
• 4.3.4 实验测量
• 4.4 实验测试系统
• 4.4.1 振动测试系统
• 4.4.2 声压测试系统
• 4.5 实验步骤
• 4.6 本章小结
• 第5章 模型实验结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 模态结果分析
• 5.3 背景噪声分析
• 5.4 振动响应分析
• 5.5 辐射声压分析
• 5.6 隔声去耦材料减振降噪分析
• 5.7 敷设部位对降噪效果的影响
• 5.8 有限元和实验对比分析
• 5.8.1 辐射声压级对比
• 5.8.2 振动响应对比
• 5.9 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
• 个人简历