尖劈吸声结构吸声性能理论与实验研究

论文摘要

尖劈具有阻抗逐渐过渡的性质,同其他吸声结构相比在低频下具有优良的吸声性能,通过添加空腔、填料等可以增加其吸声频带宽度。在消声水池、大型消声室及水面舰艇上尖劈吸声结构得到广泛应用。本文旨在研究声波垂直入射情况下,适用于水下航行体声纳平台区的带有空腔的尖劈的吸声性能。第一,尖劈内部含有空腔,构成了含有空腔的阻抗逐渐过渡的非均匀吸声结构。应用变截面波导理论对尖劈结构进行分层处理,建立了吸声系数的计算方程并编制了相应的MATLAB计算程序。第二,计算了带有空腔的尖劈吸声结构的吸声系数并与传统的平板型吸声结构的吸声性能做对比分析。分析结果表明,带有空腔的尖劈吸声性能良好,不仅吸声频带宽而且低频吸声性能优异。第三,研究尖劈吸声性能的影响因素,分别分析了尖劈长度、材料动态力学参数、内部空腔及静水压力对其吸声性能的影响。通过大量的计算、分析得到了有意义的结论,为工程实践应用提供了有价值的参考。第四,应用最优化理论,自编程序对尖劈吸声性能进行优化,分别从材料动态力学参数和内部空腔两个方面进行优化.材料参数优化分别进行单变量、多变量优化。空腔优化是在已知空腔形状和总长度的前提下进行的,对决定空腔变化的参数进行优化。通过计算、分析给出了材料动态力学参数优化频响曲线和决定空腔形状变化的参数的优化结果。最后,通过实验研究尖劈的吸声性能,分别进行材料的动态力学参数和吸声系数测试实验。利用不同温度下某一频段内材料动态力学参数测试结果,利用时温等效原理,经过数据处理得到了某一温度下宽频范围内的材料参数值,并把参数值引入所编制的尖劈吸声系数计算程序中,把计算结果与实测结果进行了比较分析,结果表明本文所采用的计算方法是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水声材料研究方面
• 1.2.2 实验测试方面
• 1.2.3 理论、数值研究方面
• 1.3 本论文的研究方法和内容
• 第2章 尖劈吸声性能研究理论基础
• 2.1 声波垂直入射时的基本理论
• 2.2 声学材料相关参数介绍
• 2.2.1 吸声系数 反射系数 声阻抗率
• 2.2.2 隔声量 声压透射系数
• 2.3 变截面波动方程及其解
• 2.4 尖劈吸声结构的吸声特性
• 2.5 尖劈吸声结构的吸声机理
• 2.6 本章小结
• 第3章 尖劈吸声结构吸声性能计算
• 3.1 尖劈吸声结构的吸声系数
• 3.2 尖劈吸声结构与平板型吸声结构吸声性能比较
• 3.3 尖劈吸声结构吸声性能影响因素分析
• 3.3.1 尖劈长度对其吸声性能的影响
• 3.3.2 尖劈材料的动态力学参数对其吸声性能影响
• 3.3.3 空腔结构对尖劈吸声性能的影响
• 3.3.4 静水压力对尖劈吸声性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 尖劈吸声结构优化设计
• 4.1 最优化问题理论基础
• 4.2 非线性规划问题的算法
• 4.2.1 无约束非线性规划问题解法
• 4.2.2 有约束非线性规划问题解法
• 4.3 尖劈吸声性能优化设计
• 4.3.1 尖劈材料动态力学参数优化
• 4.3.2 尖劈内部空腔优化初步
• 4.4 本章小结
• 第5章 尖劈吸声结构实验研究
• 5.1 材料动态力学参数测试研究
• 5.1.1 测试的基本原理
• 5.1.2 测试基本流程
• 5.1.3 实验测试条件
• 5.1.4 测试结果及结果处理
• 5.2 尖劈吸声结构吸声性能实验测试
• 5.2.1 测试的基本原理
• 5.2.2 测试系统组成
• 5.2.3 实验测试条件
• 5.2.4 尖劈吸声器吸声性能实验测试
• 5.2.5 测试结果与计算结果误差分析
• 5.3 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