双层圆柱壳舷间声振耦合特性及控制技术

发布时间：2017-10-12 18:02

  本文关键词：双层圆柱壳舷间声振耦合特性及控制技术

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【摘要】：本文针对双层圆柱壳体舷间振动和声辐射问题，开展了双层圆柱壳的舷间振动噪声传递机理、声振控制方法研究，采用模态展开法，建立了有限长双层加肋圆柱壳的振动和声辐射数学物理模型，分析了舷间水介质和连接结构的功率传递特性，提出了水下空气管隔声层和隔振实肋板控制措施，并通过模型试验验证了隔声层和隔振实肋板的降噪效果，为舷间声振控制提供了理论依据和解决方案，具有明确的工程应用背景和较高的实用价值。主要研究内容及创新点如下： 针对双层壳体、横舱壁、环肋、周向连续实肋板、周向离散实肋板、龙骨、舷间声学覆盖层、舷间水层及外场水介质组成的复杂耦合系统，采用状态矢量概念和阻抗矩阵表达式，建立了以壳体振动模态位移矢量为变量的耦合系统振动矩阵方程，通过各子结构和声介质阻抗矩阵的增减，可以实现不同子结构对舷间声振耦合特性的分析；利用有限元软件分步校验了子系统建模方法。 推导了舷间水层和实肋板的功率传递公式，计算分析了舷间水层、实肋板的功率传递特性，明确了舷间声振传递特征规律：0.5倍环频以下频段，双层壳体间功率传递以舷间水层传递为主，舷间水层传递的声功率比实肋板传递的声功率大10dB以上；0.5倍环频以上频段，实肋板传递的声功率对声辐射峰值的贡献更为明显；要控制低频声辐射，应以抑制舷间水层的声功率传递为主，要控制中高频声辐射，则应以控制实肋板声功率传递为主。 提出了声学覆盖层敷贴在三维圆柱壳体的轴向波数扩展修正方法，在此基础上，提出了基于声阻抗测量的声学覆盖层的多层等效声阻抗模型，拟合了声学覆盖层的多层等效参数，计算了敷设声学覆盖层的圆柱壳振动和声辐射特性，分析了声学覆盖层应用于舷间的降噪效果，结果表明：声学覆盖层应用于舷间的降噪效果主要体现在300Hz以上频段，300Hz左右有2-3dB的降噪效果，700Hz以上有7dB以上的降噪效果，300Hz以下频段，，声学覆盖层的降噪效果不明显。 针对舷间水介质层和实肋板的声功率传递特征，提出舷间声振隔离措施，采用气管隔声层控制声传递、圆弧夹心型实肋板控制振动传递，计算分析了控制措施的降噪效果，并在大尺度双层圆柱壳模型上进行了试验验证，试验结果表明：100Hz以上频段，舷间声振隔离具有较好的降噪效果，使双层壳体的辐射声功率降低了2-10dB，为实现舷间声振传递控制提供了新技术。 将简单双层壳体舷间声振耦合进一步扩展到多圆柱壳，计算分析了多圆柱壳结构的舷间共振耦合特性和辐射声场分布，揭示了50Hz以下低频段多壳体之间的共振声场耦合现象，明确了三圆柱壳的声遮蔽效应主要体现在正横方向，且随频率升高愈来愈明显；并针对三圆柱壳舷间声场耦合特性，提出了阻抗失配原理的列管式隔声单元，可在低频达到较好的隔声效果，200Hz隔声量达到5dB，2000Hz隔声量达到15dB以上。
【关键词】：双层圆柱壳 舷间 声学覆盖层 声功率传递 声振隔离
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.44
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目次10-15
• 第一章 绪论15-39
• 1.1 前言15-16
• 1.2 典型结构振动和声辐射计算方法研究综述16-27
• 1.2.1 平板结构振动和声辐射计算方法16-19
• 1.2.2 圆柱壳振动和声辐射计算方法19-23
• 1.2.3 任意形状壳体振动和声辐射计算方法23-24
• 1.2.4 双层板壳结构声振理论24-27
• 1.3 典型水下结构声振控制技术研究综述27-35
• 1.3.1 板壳结构减振技术及效果评估27-33
• 1.3.2 水下声学覆盖层技术33-35
• 1.4 研究背景、意义和内容35-39
• 1.4.1 研究背景、意义和解决的问题35-36
• 1.4.2 本文主要研究内容36-39
• 第二章 有限长双层圆柱壳声振耦合理论模型39-79
• 2.1 概述39
• 2.2 双层圆柱壳结构的声振耦合关系39-44
• 2.3 加强环肋内壳结构声振耦合关系44-51
• 2.3.1 环肋阻抗建模44-49
• 2.3.2 加强环肋圆柱壳振动模型校验49-51
• 2.4 舷间连接结构声振耦合关系51-71
• 2.4.1 舷间环形实肋板与壳体声振耦合建模51-62
• 2.4.2 舷间离散实肋板声振耦合建模62-66
• 2.4.3 龙骨与壳体声振耦合建模66-71
• 2.5 舷间声介质层声振耦合71-74
• 2.5.1 舷向多层声学覆盖层声振耦合模型71-73
• 2.5.2 舷间分层声介质阻抗模型73-74
• 2.6 外场声介质作用及声阻抗74-76
• 2.7 有限长双层圆柱壳系统声振耦合方程组76
• 2.8 本章小结76-79
• 第三章 双层圆柱壳体舷间声振耦合特性分析79-117
• 3.1 概述79
• 3.2 舷间声振传递功率表征方法79-83
• 3.2.1 舷间水介质传递声功率79-81
• 3.2.2 舷间连接结构传递声功率81-83
• 3.3 舷间声振能量传递特性分析83-101
• 3.3.1 舷间水介质声振耦合特性分析84-86
• 3.3.2 舷间水介质与连续实肋板结构声振传递特性分析86-93
• 3.3.3 舷间离散实肋板结构声振传递特性分析93-98
• 3.3.4 龙骨声振传递特性98-101
• 3.4 影响双层圆柱壳声振耦合主要因素分析101-105
• 3.4.1 实肋板耦合要素分析101-103
• 3.4.2 环肋耦合要素分析103-105
• 3.5 激励方式对舷间声振耦合特性的影响分析105-115
• 3.5.1 内壳激励力位置对声辐射的影响分析105-110
• 3.5.2 点、线、面激励对声辐射的影响分析110-115
• 3.6 本章小结115-117
• 第四章 声学覆盖层与壳体结构声振耦合及降噪特性117-149
• 4.1 概述117
• 4.2 二维平面声学覆盖层基本声学特征117-123
• 4.2.1 平面波声阻抗模型117-119
• 4.2.2 声学覆盖层的声负载变化规律119-122
• 4.2.3 声学覆盖层的滤波降噪效应122-123
• 4.3 声学覆盖层二维柱面波声阻抗模型123-132
• 4.3.1 二维柱面声学覆盖层的阻抗建模123-124
• 4.3.2 声学覆盖层对二维圆柱面阻抗的影响124-127
• 4.3.3 声学覆盖层对二维壳体模态阻抗及模态响应的影响127-130
• 4.3.4 二维柱面声学覆盖层滤波降噪效应130-132
• 4.4 三维声学覆盖层与圆柱壳声振耦合模型132-140
• 4.4.1 三维柱面声学覆盖层阻抗的轴向波数修正132-135
• 4.4.2 轴向波数修正的声学覆盖层对壳体振动的影响135-138
• 4.4.3 声学覆盖层的滤波降噪特性138-140
• 4.5 基于实测声阻抗的声学覆盖层声振耦合计算模型140-148
• 4.5.1 基于测量声阻抗的声学覆盖层声振传递140-144
• 4.5.2 声学覆盖层等效参数获取144-145
• 4.5.3 声学覆盖层对单壳体振动和声辐射的影响145-146
• 4.5.4 舷间敷设声学覆盖层对双层壳体振动和声辐射的影响146-148
• 4.6 本章小结148-149
• 第五章 舷间声振隔离的降噪特性分析149-185
• 5.1 概述149
• 5.2 舷间隔声层降噪效果分析149-161
• 5.2.1 空气隔声层阻抗及隔声性能分析149-153
• 5.2.2 双层圆柱壳舷间隔声层的降噪效果计算153-161
• 5.3 隔振实肋板控制效果分析161-168
• 5.3.1 隔振实肋板设计161-165
• 5.3.2 隔振实肋板单元机械阻抗测试165-166
• 5.3.3 隔振实肋板降噪效果计算166-168
• 5.4 舷间声振隔离的综合降噪效果168-169
• 5.5 龙骨动力吸振器减振效果分析169-182
• 5.5.1 二维双层壳的龙骨动力吸振模型169-177
• 5.5.2 三维双层壳的龙骨动力吸振模型177-182
• 5.6 本章小结182-185
• 第六章 舷间声振隔离的降噪效果验证试验185-213
• 6.1 概述185
• 6.2 敷设空气隔声层的单层圆柱壳模型降噪效果试验185-195
• 6.2.1 敷设空气隔声层的圆柱壳模型设计185-187
• 6.2.2 模型安装及测试方法187-189
• 6.2.3 测试结果及分析189-195
• 6.3 隔振实肋板隔振效果的试验验证195-200
• 6.3.1 模型设计加工195-196
• 6.3.2 模型安装及测试方法196-197
• 6.3.3 测试结果及分析197-200
• 6.4 舷间声振隔离降噪效果的大尺度舱段模型验证200-210
• 6.4.1 试验模型200-202
• 6.4.2 试验过程202-207
• 6.4.3 测试结果及分析207-210
• 6.5 本章小结210-213
• 第七章 多体结构舷间声振耦合基本特性及控制213-245
• 7.1 概述213
• 7.2 多圆柱壳体结构的声振耦合模型213-228
• 7.2.1 多壳体声场分析213-215
• 7.2.2 圆柱壳振动方程215-217
• 7.2.3 多圆柱壳辐射声场的相互作用217-221
• 7.2.4 多圆柱壳散射声场的相互作用221-225
• 7.2.5 多圆柱壳声振耦合方程组225-227
• 7.2.6 模型正确性校验227-228
• 7.3 多圆柱壳体结构的耦合共振特性分析228-233
• 7.4 多体结构声场分布特性及其机理分析233-239
• 7.4.1 多体结构声辐射特性及声遮蔽效果233-236
• 7.4.2 多圆柱壳结构声辐射特性形成机理236-239
• 7.5 多体结构舷间隔声设计239-242
• 7.6 本章小结242-245
• 第八章 总结与展望245-249
• 8.1 本文总结245-247
• 8.2 工作展望247-249
• 附录 A：横舱壁与圆柱壳的耦合建模249-257
• A.1 横舱壁面内振动作用建模249-252
• A.2 横舱壁面外弯曲振动作用建模252-254
• A.3 横舱壁建模校验254-257
• 致谢257-259
• 参考文献259-271
• 学术论文和科研成果目录271-272

【参考文献】

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本文编号：1020126