平面波斜入射下声学覆盖层的参数化分析及优化

发布时间：2020-07-26 13:33

【摘要】：声学覆盖层是敷设在水下航行器外表壳,介于航行器壳体与海水之间的一种重要的声学结构,用以吸收外部探测信号,降低水下目标的强度,保障水下目标的航行安全。本文基于有限法分析了平面波斜入射条件下声学覆盖层的吸声性能,并应用有限元软件COMSOL优化模块中各算法对覆盖层结构进行了优化分析,得到了在某低频范围内使吸声系数最大的结构材料最优值。首先,基于波导有限元—传递矩阵法和平面波斜入射理论,从理论上推导出了平面波斜入射条件下覆盖层吸声系数。同时,对于有限元分析中存在的黏弹性材料损耗问题、周期性边界条件问题和半无限大水域问题进行了相应处理。基于理论模型建立了相对应的有限元仿真分析模型,将基于理论模型的计算结果与有限元仿真结果进行对比分析,验证了所建有限元模型计算结果的准确性,为后续更复杂结构声学覆盖层的分析奠定理论基础。其次,在有限元软件中建立了双层平板空腔声学覆盖层的斜入射仿真模型,并研究了在斜入射条件下覆盖层结构和材料参数改变对其吸声性能的影响,利用软件中高效的后处理模块,更加清楚明了地分析了空腔声学覆盖层的吸声机理,为后续相关实际应用提供了参考价值。然后,介绍了基于有限元法的周期性无限大局域共振单元频散曲线的计算推导,通过与已有文献的对比,验证了所建立基于有限元法的局域共振单元频散曲线的准确性;同时,在有限元软件中建立双层平板有限厚度局域共振声学覆盖层分析模型,对有限厚度局域共振声学覆盖层的吸声特性进行了参数化分析;最后,在材料结构参数接近条件情况下,对比分析了双层平板空腔声学覆盖层和双层平板有限厚度局域共振声学覆盖层的吸声特性。最后,以双层平板空腔声学覆盖层为研究对象,将覆盖层在1000~2000 Hz低频段吸声系数最大作为优化目标,利用软件自有的优化模块中的各优化算法进行了优化分析,通过对比不同算法之间的优化结果,分析了不同算法对于覆盖层优化分析问题的适用性,为在特定频率段有具体吸声要求的声学覆盖层的设计提供了参考价值。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.44;U674.76
【图文】：

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第 1 章绪论究的背景、目的及意义究背景覆盖层是敷设在水下航行器外壳，介于航行器壳体与海水之间的一种重[1]。为了提升水下目标的航行安全，通过在目标表面贴附声学覆盖层来主动声呐发出的探测信号，减少探测信号的反射强度，从而实现水下目另外，除了吸能的作用，覆盖层本身也能通过抑制目标结构的振动来降号强度，即它能够通过控制水下目标结构振动的幅度来在一定程度上减，从而来弱化目标对外的辐射强度。声学覆盖层技术已经成为现代水下的主要标志性技术之一。一般而言，目前水下目标减振降噪的主要的措压壳板外表面敷设消声瓦；而在耐压壳体的外表面敷设隔声去耦瓦，在面敷设阻尼层[2]。

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