【摘要】：在進(jìn)行潛艇的振動(dòng)和聲輻射機(jī)理的研究中,通常將潛艇中部艙段簡化為環(huán)肋圓柱殼,艉部艙段簡化為環(huán)肋截頂圓錐殼來進(jìn)行研究。傳統(tǒng)傳遞矩陣法求解殼體振動(dòng)特性時(shí),狀態(tài)向量一階微分方程推導(dǎo)過程非常復(fù)雜,而且各段的傳遞矩陣連乘求得總傳遞矩陣會(huì)使其產(chǎn)生比較大的累積誤差。本文針對傳統(tǒng)傳遞矩陣法的不足,以環(huán)肋錐、柱殼為研究對象,提出了一種改進(jìn)傳遞矩陣法,分析錐、柱殼體自由振動(dòng)特性以及水下聲輻射特性。提出了一種求解環(huán)肋圓柱殼自由振動(dòng)特性的改進(jìn)傳遞矩陣法,通過引入位移中間向量和關(guān)聯(lián)矩陣,大大簡化了傳遞矩陣推導(dǎo)過程。根據(jù)環(huán)肋和殼體連接處的變形連續(xù)條件導(dǎo)出了環(huán)肋點(diǎn)傳遞矩陣。將場傳遞矩陣和點(diǎn)傳遞矩陣相乘得到總傳遞矩陣,采用搜根方法求得環(huán)肋圓柱殼的固有頻率,并討論結(jié)構(gòu)參數(shù)、邊界條件對圓柱殼自由振動(dòng)特性的影響�？紤]激勵(lì)力以及聲壓的作用,采用改進(jìn)傳遞矩陣法求得環(huán)肋圓柱殼動(dòng)響應(yīng)傳遞方程。為了提高計(jì)算精度,對圓柱殼進(jìn)行離散分段,對所有離散單元的傳遞方程進(jìn)行整合構(gòu)造求解聲輻射特性的總傳遞控制方程。然后根據(jù)兩端邊界條件分別求得集中力和廣義聲壓作用下的響應(yīng),最后根據(jù)流固耦合交界面處的運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件從而實(shí)現(xiàn)聲壓系數(shù)的求解。并討論結(jié)構(gòu)參數(shù)、邊界條件、激勵(lì)力方向、流體介質(zhì)對環(huán)肋圓柱殼水下聲輻射特性的影響。采用改進(jìn)傳遞矩陣法推導(dǎo)出圓錐殼場傳遞矩陣和環(huán)肋點(diǎn)傳遞矩陣,并對場傳遞矩陣使用精細(xì)-高斯積分進(jìn)行求解。為了提高計(jì)算精度,沿殼體方向進(jìn)行精細(xì)分段,進(jìn)而整合成總自由振動(dòng)方程,然后使用搜根方法求解固有頻率,研究了邊界條件、環(huán)肋以及半錐頂角對錐殼自由振動(dòng)特性的影響。提出了一種求解環(huán)肋圓錐殼水下聲輻射的改進(jìn)傳遞矩陣法,并驗(yàn)證了其有效性。與求解圓柱殼水下聲輻射相比,解決了圓錐殼中變系數(shù)非齊次一階微分方程的求解,通過細(xì)化圓錐殼分段,將變系數(shù)方程轉(zhuǎn)化成了常系數(shù)方程,并將所有分段的傳遞控制方程構(gòu)造成總傳遞方程,然后根據(jù)兩端邊界條件分別求得集中力和廣義聲壓作用下的位移響應(yīng)。根據(jù)流固耦合交界面處的運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件從而實(shí)現(xiàn)聲壓系數(shù)的求解,進(jìn)而求得水下輻射聲壓。討論了錐頂角、環(huán)肋、結(jié)構(gòu)損耗因子、介質(zhì)、邊界條件對圓錐殼水下聲輻射特性的影響。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U674.76
【圖文】：

（2）圓柱殼聲輻射特性研究關(guān)于圓柱殼聲輻射特性研究方面，一開始學(xué)者們通常將有限長圓柱殼視為無限長圓柱殼，并基于無限長理論來求解分析圓柱殼體結(jié)構(gòu)的聲輻射問題。Junger 首先基于無限長理論推導(dǎo)出了無限長圓柱殼在輻射聲場中的聲壓表達(dá)式來進(jìn)行聲輻射特性分析研究。Guo[18]基于無限長理論，將圓柱殼內(nèi)的平板與殼體之間的關(guān)系通過力和位移連續(xù)進(jìn)行考慮，詳細(xì)研究了點(diǎn)力作用殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)水下殼體的聲輻射狀況，計(jì)算結(jié)果表明遠(yuǎn)場輻射聲壓的峰值對應(yīng)的頻率是內(nèi)板的共振頻率，而谷值對應(yīng)的頻率是外殼的共振頻率。Laulagnet 和 Guyader[19] [20]利用模態(tài)分析法研究了有限長未加肋以及加肋圓柱殼在輕、重流體介質(zhì)中的聲輻射特性。謝官模[21]采用能量法，并基于 Hamilton 原理和 Green 函數(shù)法研究了環(huán)頻率下頻段的環(huán)肋柱殼聲輻射特性。Caresta[22]用波傳播法研究了潛艇殼體的聲振問題，將殼體簡化為流體載荷作用下的一個(gè)帶有內(nèi)環(huán)肋骨、艙壁的有限長的圓柱殼，見圖 1-1。激勵(lì)力由于螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了不均勻的尾流引起的，將之簡化為一個(gè)作用在一端的簡諧點(diǎn)作用力。外部流體壓力用貝塞爾函數(shù)表示，最后根據(jù)求得的振動(dòng)位移和赫姆霍茲方程的封閉形式解來求得遠(yuǎn)場聲壓。

場傳遞矩陣推導(dǎo)圖 2-1 環(huán)肋圓柱殼坐標(biāo)系以及環(huán)肋參數(shù)示意圖殼采用柱坐標(biāo)系，殼體以及環(huán)肋參數(shù)、位移如圖 2-1 所示，坐標(biāo)系軸向和周向坐標(biāo)；R為殼體半徑；u、v、w分別為、周向位移、徑向位移，h為殼體厚度，L 為殼體長度，a為肋的寬度。 Flügge 殼體理論，圓柱殼的振動(dòng)微分方程如下：211 12 132221 22 232231 32 332h uL u L v L wD th vL u L v L wD th wL u L v L wD t 2D Eh / 1 為薄膜剛度，E 、 、h和 分別為彈性模松比，微分算子ijL見附錄 A。

m=4)圖 2-2 圓柱殼振型對比圖表2-1 圓柱殼固有頻率計(jì)算結(jié)果與有限元結(jié)果對比（Hz）簡支 自由 固支本文 FEM 誤差 本文 FEM 誤差 本文 FEM 誤差n=0m=1 1602.1 1602.6 0.03% 1602.1 1602.6 0.03% 1603.8 1604.5 0.04%m=2 1638.9 1638.6 0.02% 1638.8 1638.6 0.01% 1616.6 1616.3 0.02%m=3 1646.6 1645.0 0.10% 1646.5 1646.7 0.01% 1646.3 1644.8 0.10%m=4 1656.1 1652.7 0.21% 1651.4 1656.8 0.33% 1660.0 1656.5 0.21%m=5 1673.6 1668.2 0.32% 1663.8 1677.5 0.82% 1680.5 1676.0 0.27%n=1m=1 988.6 989.2 0.06% 1270.0 1270.8 0.06% 1008.1 1008.7 0.06%m=2 1459.2 1460.2 0.07% 1439.1 1440.0 0.06% 1460.4 1461.4 0.07%m=3 1569.6 1569.7 0.01% 1571.1 1571.0 0.01% 1576.3 1576.2 -0.01%m=4 1614.2 1612.5 0.11% 1609.2 1606.8 0.15% 1620.8 1619.0 -0.11%

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2789469