隨著對軍用艦艇隱蔽性和民用船舶舒適性要求的提高,需要在船舶設(shè)計(jì)階段充分考慮噪聲控制,方可避免反復(fù)設(shè)計(jì)與制造,降低建造成本并加快建造進(jìn)度。在此過程中,只有進(jìn)行準(zhǔn)確的噪聲計(jì)算,才能有效指導(dǎo)船舶的結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計(jì),而船舶結(jié)構(gòu)中頻噪聲的數(shù)值模擬一直是振動噪聲分析中亟待解決的難題之一。本文從傳統(tǒng)有限元法(FEM)在中頻噪聲模擬中出現(xiàn)嚴(yán)重色散誤差的本質(zhì)原因出發(fā),針對有限元法模型剛度過硬的特性,采用廣義梯度光滑技術(shù)(GGST)軟化數(shù)值模型的剛度,將單元基光滑點(diǎn)插值法應(yīng)用到船舶結(jié)構(gòu)噪聲三維問題的計(jì)算中。通過研究已有單元基光滑徑向點(diǎn)插值法的剛度特性及其對計(jì)算結(jié)果的影響,提出了一種合理控制模型剛度的思路及相應(yīng)的數(shù)值模型,即帶有8個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)的單元基光滑徑向點(diǎn)插值法(CSRPIM-T5-Cd8)。為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性,對管道聲學(xué)的基本算例進(jìn)行了諧響應(yīng)分析和特征值計(jì)算,表明了新方法在中頻段噪聲的計(jì)算中,精度和效率相比4節(jié)點(diǎn)四面體單元(FEM-T4)有顯著提高,甚至超過改進(jìn)的8節(jié)點(diǎn)六面體單元(MIR-H8)。同時(shí),CSRPIM-T5-Cd8采用商業(yè)軟件可以自動生成的四面體單元作為背景網(wǎng)格,且對畸變網(wǎng)格不敏感,可以減少前處理時(shí)間,具有極大的工程應(yīng)用潛力。在此基礎(chǔ)上,把CSRPIM-T5-Cd8應(yīng)用到船舶發(fā)動機(jī)艙室和水下結(jié)構(gòu)輻射噪聲的聲學(xué)仿真中,來進(jìn)一步驗(yàn)證方法的實(shí)用性。結(jié)果表明,與FEM-T4相比,CSRPIM-T5-Cd8無論對內(nèi)聲場問題還是外聲場問題都能有效抑制色散誤差,使得它在中頻段表現(xiàn)出色,可以應(yīng)用到實(shí)際工程上的中頻噪聲數(shù)值模擬。最后,結(jié)合基于邊基光滑有限元法(ESFEM)的二維Mindlin板單元和基于CSRPIM-T5-Cd8的三維聲學(xué)單元對結(jié)構(gòu)聲振耦合問題進(jìn)行模擬分析。研究發(fā)現(xiàn),由于ESFEM/CSRPIM-T5-Cd8耦合法合理構(gòu)造了結(jié)構(gòu)剛度和聲場剛度,不但計(jì)算得到的耦合頻率更接近參考解,而且頻率響應(yīng)分析的可計(jì)算范圍得到有效擴(kuò)展。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U661.44
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究內(nèi)容
2 聲學(xué)光滑點(diǎn)插值法計(jì)算模型
    2.1 聲學(xué)Helmholtz方程
    2.2 雙重弱形式離散方程
        2.2.1 Galerkin弱形式
        2.2.2 廣義梯度光滑的Galerkin雙重弱形式
    2.3 三維單元基光滑徑向點(diǎn)插值法
        2.3.1 徑向基點(diǎn)插值形函數(shù)
        2.3.2 支持點(diǎn)選取方案
        2.3.3 濃縮的形函數(shù)
    2.4 模型剛度控制思路
    2.5 本章小結(jié)
3 管道噪聲的模擬分析
    3.1 聲學(xué)誤差和中頻段定義
    3.2 聲場的諧響應(yīng)分析
        3.2.1 聲壓波形結(jié)果
        3.2.2 收斂性分析
        3.2.3 計(jì)算效率比較
        3.2.4 聲場誤差控制
        3.2.5 網(wǎng)格畸變靈敏度
    3.3 聲場的特征值預(yù)測
        3.3.1 聲腔自由模態(tài)的特征值計(jì)算
        3.3.2 特征值對全局誤差的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 船舶發(fā)動機(jī)艙室內(nèi)聲場模擬
    4.1 發(fā)動機(jī)艙室的固有頻率計(jì)算
    4.2 發(fā)動機(jī)艙室的聲壓分布
        4.2.1 聲壓分布云圖
        4.2.2 定義路徑的聲壓變化曲線
    4.3 關(guān)注位置的頻率響應(yīng)曲線
    4.4 本章小結(jié)
5 水下結(jié)構(gòu)噪聲輻射外聲場模擬
    5.1 脈動球體的輻射外聲場分析
    5.2 水下潛艇的輻射外聲場分析
        5.2.1 潛艇輻射外聲場剖面的聲壓分布云圖
        5.2.2 潛艇輻射外聲場場點(diǎn)的頻率響應(yīng)曲線
    5.3 本章小結(jié)
6 結(jié)構(gòu)聲振耦合模型的振動噪聲分析
    6.1 結(jié)構(gòu)域的邊基光滑有限元法計(jì)算模型
        6.1.1 二維Mindlin板單元
        6.1.2 離散剪切間隙法
        6.1.3 邊基光滑有限元法計(jì)算模型
    6.2 結(jié)構(gòu)-聲場耦合方程
    6.3 柔性板與聲腔的聲固耦合分析
        6.3.1 特征頻率計(jì)算
        6.3.2 頻率響應(yīng)分析
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2828602