本文關(guān)鍵詞：雙層圓柱殼舷間聲振耦合特性及控制技術(shù)

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【摘要】：本文針對雙層圓柱殼體舷間振動和聲輻射問題，開展了雙層圓柱殼的舷間振動噪聲傳遞機理、聲振控制方法研究，采用模態(tài)展開法，建立了有限長雙層加肋圓柱殼的振動和聲輻射數(shù)學(xué)物理模型，分析了舷間水介質(zhì)和連接結(jié)構(gòu)的功率傳遞特性，提出了水下空氣管隔聲層和隔振實肋板控制措施，并通過模型試驗驗證了隔聲層和隔振實肋板的降噪效果，為舷間聲振控制提供了理論依據(jù)和解決方案，具有明確的工程應(yīng)用背景和較高的實用價值。主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下： 針對雙層殼體、橫艙壁、環(huán)肋、周向連續(xù)實肋板、周向離散實肋板、龍骨、舷間聲學(xué)覆蓋層、舷間水層及外場水介質(zhì)組成的復(fù)雜耦合系統(tǒng)，采用狀態(tài)矢量概念和阻抗矩陣表達式，建立了以殼體振動模態(tài)位移矢量為變量的耦合系統(tǒng)振動矩陣方程，通過各子結(jié)構(gòu)和聲介質(zhì)阻抗矩陣的增減，可以實現(xiàn)不同子結(jié)構(gòu)對舷間聲振耦合特性的分析；利用有限元軟件分步校驗了子系統(tǒng)建模方法。 推導(dǎo)了舷間水層和實肋板的功率傳遞公式，計算分析了舷間水層、實肋板的功率傳遞特性，明確了舷間聲振傳遞特征規(guī)律：0.5倍環(huán)頻以下頻段，雙層殼體間功率傳遞以舷間水層傳遞為主，舷間水層傳遞的聲功率比實肋板傳遞的聲功率大10dB以上；0.5倍環(huán)頻以上頻段，實肋板傳遞的聲功率對聲輻射峰值的貢獻更為明顯；要控制低頻聲輻射，應(yīng)以抑制舷間水層的聲功率傳遞為主，要控制中高頻聲輻射，則應(yīng)以控制實肋板聲功率傳遞為主。 提出了聲學(xué)覆蓋層敷貼在三維圓柱殼體的軸向波數(shù)擴展修正方法，在此基礎(chǔ)上，提出了基于聲阻抗測量的聲學(xué)覆蓋層的多層等效聲阻抗模型，擬合了聲學(xué)覆蓋層的多層等效參數(shù)，計算了敷設(shè)聲學(xué)覆蓋層的圓柱殼振動和聲輻射特性，分析了聲學(xué)覆蓋層應(yīng)用于舷間的降噪效果，結(jié)果表明：聲學(xué)覆蓋層應(yīng)用于舷間的降噪效果主要體現(xiàn)在300Hz以上頻段，300Hz左右有2-3dB的降噪效果，700Hz以上有7dB以上的降噪效果，300Hz以下頻段，，聲學(xué)覆蓋層的降噪效果不明顯。 針對舷間水介質(zhì)層和實肋板的聲功率傳遞特征，提出舷間聲振隔離措施，采用氣管隔聲層控制聲傳遞、圓弧夾心型實肋板控制振動傳遞，計算分析了控制措施的降噪效果，并在大尺度雙層圓柱殼模型上進行了試驗驗證，試驗結(jié)果表明：100Hz以上頻段，舷間聲振隔離具有較好的降噪效果，使雙層殼體的輻射聲功率降低了2-10dB，為實現(xiàn)舷間聲振傳遞控制提供了新技術(shù)。 將簡單雙層殼體舷間聲振耦合進一步擴展到多圓柱殼，計算分析了多圓柱殼結(jié)構(gòu)的舷間共振耦合特性和輻射聲場分布，揭示了50Hz以下低頻段多殼體之間的共振聲場耦合現(xiàn)象，明確了三圓柱殼的聲遮蔽效應(yīng)主要體現(xiàn)在正橫方向，且隨頻率升高愈來愈明顯；并針對三圓柱殼舷間聲場耦合特性，提出了阻抗失配原理的列管式隔聲單元，可在低頻達到較好的隔聲效果，200Hz隔聲量達到5dB，2000Hz隔聲量達到15dB以上。
【關(guān)鍵詞】：雙層圓柱殼 舷間 聲學(xué)覆蓋層 聲功率傳遞 聲振隔離
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.44
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目次10-15
• 第一章 緒論15-39
• 1.1 前言15-16
• 1.2 典型結(jié)構(gòu)振動和聲輻射計算方法研究綜述16-27
• 1.2.1 平板結(jié)構(gòu)振動和聲輻射計算方法16-19
• 1.2.2 圓柱殼振動和聲輻射計算方法19-23
• 1.2.3 任意形狀殼體振動和聲輻射計算方法23-24
• 1.2.4 雙層板殼結(jié)構(gòu)聲振理論24-27
• 1.3 典型水下結(jié)構(gòu)聲振控制技術(shù)研究綜述27-35
• 1.3.1 板殼結(jié)構(gòu)減振技術(shù)及效果評估27-33
• 1.3.2 水下聲學(xué)覆蓋層技術(shù)33-35
• 1.4 研究背景、意義和內(nèi)容35-39
• 1.4.1 研究背景、意義和解決的問題35-36
• 1.4.2 本文主要研究內(nèi)容36-39
• 第二章 有限長雙層圓柱殼聲振耦合理論模型39-79
• 2.1 概述39
• 2.2 雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)的聲振耦合關(guān)系39-44
• 2.3 加強環(huán)肋內(nèi)殼結(jié)構(gòu)聲振耦合關(guān)系44-51
• 2.3.1 環(huán)肋阻抗建模44-49
• 2.3.2 加強環(huán)肋圓柱殼振動模型校驗49-51
• 2.4 舷間連接結(jié)構(gòu)聲振耦合關(guān)系51-71
• 2.4.1 舷間環(huán)形實肋板與殼體聲振耦合建模51-62
• 2.4.2 舷間離散實肋板聲振耦合建模62-66
• 2.4.3 龍骨與殼體聲振耦合建模66-71
• 2.5 舷間聲介質(zhì)層聲振耦合71-74
• 2.5.1 舷向多層聲學(xué)覆蓋層聲振耦合模型71-73
• 2.5.2 舷間分層聲介質(zhì)阻抗模型73-74
• 2.6 外場聲介質(zhì)作用及聲阻抗74-76
• 2.7 有限長雙層圓柱殼系統(tǒng)聲振耦合方程組76
• 2.8 本章小結(jié)76-79
• 第三章 雙層圓柱殼體舷間聲振耦合特性分析79-117
• 3.1 概述79
• 3.2 舷間聲振傳遞功率表征方法79-83
• 3.2.1 舷間水介質(zhì)傳遞聲功率79-81
• 3.2.2 舷間連接結(jié)構(gòu)傳遞聲功率81-83
• 3.3 舷間聲振能量傳遞特性分析83-101
• 3.3.1 舷間水介質(zhì)聲振耦合特性分析84-86
• 3.3.2 舷間水介質(zhì)與連續(xù)實肋板結(jié)構(gòu)聲振傳遞特性分析86-93
• 3.3.3 舷間離散實肋板結(jié)構(gòu)聲振傳遞特性分析93-98
• 3.3.4 龍骨聲振傳遞特性98-101
• 3.4 影響雙層圓柱殼聲振耦合主要因素分析101-105
• 3.4.1 實肋板耦合要素分析101-103
• 3.4.2 環(huán)肋耦合要素分析103-105
• 3.5 激勵方式對舷間聲振耦合特性的影響分析105-115
• 3.5.1 內(nèi)殼激勵力位置對聲輻射的影響分析105-110
• 3.5.2 點、線、面激勵對聲輻射的影響分析110-115
• 3.6 本章小結(jié)115-117
• 第四章 聲學(xué)覆蓋層與殼體結(jié)構(gòu)聲振耦合及降噪特性117-149
• 4.1 概述117
• 4.2 二維平面聲學(xué)覆蓋層基本聲學(xué)特征117-123
• 4.2.1 平面波聲阻抗模型117-119
• 4.2.2 聲學(xué)覆蓋層的聲負載變化規(guī)律119-122
• 4.2.3 聲學(xué)覆蓋層的濾波降噪效應(yīng)122-123
• 4.3 聲學(xué)覆蓋層二維柱面波聲阻抗模型123-132
• 4.3.1 二維柱面聲學(xué)覆蓋層的阻抗建模123-124
• 4.3.2 聲學(xué)覆蓋層對二維圓柱面阻抗的影響124-127
• 4.3.3 聲學(xué)覆蓋層對二維殼體模態(tài)阻抗及模態(tài)響應(yīng)的影響127-130
• 4.3.4 二維柱面聲學(xué)覆蓋層濾波降噪效應(yīng)130-132
• 4.4 三維聲學(xué)覆蓋層與圓柱殼聲振耦合模型132-140
• 4.4.1 三維柱面聲學(xué)覆蓋層阻抗的軸向波數(shù)修正132-135
• 4.4.2 軸向波數(shù)修正的聲學(xué)覆蓋層對殼體振動的影響135-138
• 4.4.3 聲學(xué)覆蓋層的濾波降噪特性138-140
• 4.5 基于實測聲阻抗的聲學(xué)覆蓋層聲振耦合計算模型140-148
• 4.5.1 基于測量聲阻抗的聲學(xué)覆蓋層聲振傳遞140-144
• 4.5.2 聲學(xué)覆蓋層等效參數(shù)獲取144-145
• 4.5.3 聲學(xué)覆蓋層對單殼體振動和聲輻射的影響145-146
• 4.5.4 舷間敷設(shè)聲學(xué)覆蓋層對雙層殼體振動和聲輻射的影響146-148
• 4.6 本章小結(jié)148-149
• 第五章 舷間聲振隔離的降噪特性分析149-185
• 5.1 概述149
• 5.2 舷間隔聲層降噪效果分析149-161
• 5.2.1 空氣隔聲層阻抗及隔聲性能分析149-153
• 5.2.2 雙層圓柱殼舷間隔聲層的降噪效果計算153-161
• 5.3 隔振實肋板控制效果分析161-168
• 5.3.1 隔振實肋板設(shè)計161-165
• 5.3.2 隔振實肋板單元機械阻抗測試165-166
• 5.3.3 隔振實肋板降噪效果計算166-168
• 5.4 舷間聲振隔離的綜合降噪效果168-169
• 5.5 龍骨動力吸振器減振效果分析169-182
• 5.5.1 二維雙層殼的龍骨動力吸振模型169-177
• 5.5.2 三維雙層殼的龍骨動力吸振模型177-182
• 5.6 本章小結(jié)182-185
• 第六章 舷間聲振隔離的降噪效果驗證試驗185-213
• 6.1 概述185
• 6.2 敷設(shè)空氣隔聲層的單層圓柱殼模型降噪效果試驗185-195
• 6.2.1 敷設(shè)空氣隔聲層的圓柱殼模型設(shè)計185-187
• 6.2.2 模型安裝及測試方法187-189
• 6.2.3 測試結(jié)果及分析189-195
• 6.3 隔振實肋板隔振效果的試驗驗證195-200
• 6.3.1 模型設(shè)計加工195-196
• 6.3.2 模型安裝及測試方法196-197
• 6.3.3 測試結(jié)果及分析197-200
• 6.4 舷間聲振隔離降噪效果的大尺度艙段模型驗證200-210
• 6.4.1 試驗?zāi)Ｐ?/span>200-202
• 6.4.2 試驗過程202-207
• 6.4.3 測試結(jié)果及分析207-210
• 6.5 本章小結(jié)210-213
• 第七章 多體結(jié)構(gòu)舷間聲振耦合基本特性及控制213-245
• 7.1 概述213
• 7.2 多圓柱殼體結(jié)構(gòu)的聲振耦合模型213-228
• 7.2.1 多殼體聲場分析213-215
• 7.2.2 圓柱殼振動方程215-217
• 7.2.3 多圓柱殼輻射聲場的相互作用217-221
• 7.2.4 多圓柱殼散射聲場的相互作用221-225
• 7.2.5 多圓柱殼聲振耦合方程組225-227
• 7.2.6 模型正確性校驗227-228
• 7.3 多圓柱殼體結(jié)構(gòu)的耦合共振特性分析228-233
• 7.4 多體結(jié)構(gòu)聲場分布特性及其機理分析233-239
• 7.4.1 多體結(jié)構(gòu)聲輻射特性及聲遮蔽效果233-236
• 7.4.2 多圓柱殼結(jié)構(gòu)聲輻射特性形成機理236-239
• 7.5 多體結(jié)構(gòu)舷間隔聲設(shè)計239-242
• 7.6 本章小結(jié)242-245
• 第八章 總結(jié)與展望245-249
• 8.1 本文總結(jié)245-247
• 8.2 工作展望247-249
• 附錄 A：橫艙壁與圓柱殼的耦合建模249-257
• A.1 橫艙壁面內(nèi)振動作用建模249-252
• A.2 橫艙壁面外彎曲振動作用建模252-254
• A.3 橫艙壁建模校驗254-257
• 致謝257-259
• 參考文獻259-271
• 學(xué)術(shù)論文和科研成果目錄271-272

【參考文獻】

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本文編號：1020126