水下开口弹性空腔振动及声辐射特性研究
发布时间：2020-12-22 04:31
水动力噪声是水下航行器的主要噪声源之一,而水下开口空腔结构就是产生水下航行器水动力噪声的典型结构之一。国内外学者对于开口空腔结构的振动声辐射研究由来已久,但是大多数研究都仅限于空气中的开口结构等简单结构,对于水下开口弹性空腔这种复杂结构的研究相对较少,成果也不多。本文采用简化的水下立方体开口弹性声腔模型为研究对象,主要采用数值仿真的方法,对于水下开口弹性空腔结构的耦合模态、多种激励下的振动与声辐射、开口方式和内部隔板方式对振动声辐射的影响以及辐射噪声的控制措施进行了研究。本文的主要研究内容包括:1、考虑腔壁结构为刚性,建立了空腔的Helmholtz共振腔模型。研究了开口对于声腔模态的影响,结果表明开口会使空腔出现Helmholtz共振频率,同时会使开口方向上的声腔模态的固有频率值增大。2、考虑腔壁结构为弹性,空腔内流体为空气和海水,建立了弹性壁面空腔结构。研究了不同流体情况下流体,弹性结构模态,声腔模态以及耦合结构模态之间的相互作用机理。结果显示:流体会使耦合结构的结构模态频率降低,流体为海水时,耦合结构会失去某些模态。流体为空气时,弹性结构使声腔模态频率略微增大;流体为海水时,弹性结...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
开口声腔与弹簧振子系统类比图
（a）封闭声腔 （b）直接开孔声腔 （c）突出开孔声腔图 2.3 三种声腔的 Ansys 几何模型由式（2.9）可以知道，影响封闭声腔固有频率的因素只有声腔内流体的声速和声腔三个方向上的边长以及三个方向上的半波数。本文中主要计算模型的尺寸参考文献[11]中的立方体声腔模型取得。对于简单的立方体封闭声腔，声腔的三个方向上的边长相等，根据式（2.9）知道，声腔的某些阶数的固有频率值会相同，这样在后面进行耦合模型分析时，对于模态固有频率值的改变就更容易判断。对于以上三种声腔，声腔的基本尺寸一致，为 Lx Ly Lz 0.96m 0.96m 0.96m。对于直接开孔与突出开孔的声腔，开孔位置也一致，都是以顶面正方形的型心为型心开一个边长为 120mm 的正方形孔。对于突出开孔声腔，开孔的高度为 120mm。在 Ansys 软件中，流体单元需要建立实体单元，这里采用 fluid30 号单元，声腔内的流体采用海水，海水的密度3 1025k g /m，海水中的声速 c 1531m /s。根据数值计算经验，对网格进行简单划分，考虑到模型计算精度与速度的要求，
（a）封闭声腔 （b）直接开孔声腔 （c）突出开孔声腔图 2.4 三种声腔的 Ansys 模型单元网格2.3.4 数值计算结果与分析首先对于本文建模方法的正确性进行验证。由于刚性壁面立方体封闭声腔的固有频率计算公式已在公式（2.9）给出，根据式（2.9）可以计算得到封闭声腔的模态频率值，与封闭声腔的数值计算结果的前几阶声腔固有频率值一起列入表 2.1 进行对比。表 2.1 封闭声腔前几阶固有频率对比模态 数值解/Hz 解析解/Hz（1 0 0）（0 1 0）（0 0 1） 797.72 797.40（1 1 0）（1 0 1）（0 1 1） 1128.1 1127.69（1 1 1）（2 0 0）（0 2 0）（0 0 2）1381.71597.41381.131594.79从上表可以看到，数值解与解析解的前几阶固有频率计算结果吻合的很好，结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]任意边界条件的弹性长方体封闭腔辐射声场分析[J]. 姚昊萍,张建润,陈南,孙庆鸿. 中国机械工程. 2006(S2)
[2]边界条件对三维空腔流动振荡的影响[J]. 司海青,王同光. 南京航空航天大学学报. 2006(05)
[3]三维超声速开式空腔振荡特性研究[J]. 侯中喜,夏刚,秦子增. 国防科技大学学报. 2004(06)
[4]基于格林函数法的封闭声腔的结构-声耦合分析[J]. 罗超,饶柱石,赵玫. 振动工程学报. 2004(03)
[5]流动诱导空腔振荡频率方程的改进[J]. 张强. 振动工程学报. 2004(01)
[6]声激励抑制空腔流激振荡的实验研究[J]. 罗柏华,胡章伟,戴昌晖. 南京航空航天大学学报. 1999(01)
[7]指挥室围壳振动特性分析[J]. 谭林森. 华中理工大学学报. 1998(05)
[8]有限元+边界元——修正的模态分解法预报水下旋转薄壳的振动和声辐射[J]. 张敬东,何祚镛. 声学学报. 1990(01)
博士论文
[1]基于声学空间—弹性板耦合模型的声辐射与声传递特性研究[D]. 王刚.哈尔滨工程大学 2016
[2]声学耦合空间建模方法及其特性分析[D]. 石双霞.哈尔滨工程大学 2016
[3]考虑复杂因素的弹性板及其声腔耦合系统声振特性分析[D]. 张羽飞.哈尔滨工程大学 2016
[4]任意边界条件下结构振动、封闭声场及其耦合系统建模方法研究[D]. 杜敬涛.哈尔滨工程大学 2009
[5]结构声辐射与声传输有源控制理论与控制技术研究[D]. 靳国永.哈尔滨工程大学 2007
硕士论文
[1]基于状态空间方法的水下结构模态分析[D]. 马彬.大连理工大学 2008
本文编号：2931134
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
开口声腔与弹簧振子系统类比图
（a）封闭声腔 （b）直接开孔声腔 （c）突出开孔声腔图 2.3 三种声腔的 Ansys 几何模型由式（2.9）可以知道，影响封闭声腔固有频率的因素只有声腔内流体的声速和声腔三个方向上的边长以及三个方向上的半波数。本文中主要计算模型的尺寸参考文献[11]中的立方体声腔模型取得。对于简单的立方体封闭声腔，声腔的三个方向上的边长相等，根据式（2.9）知道，声腔的某些阶数的固有频率值会相同，这样在后面进行耦合模型分析时，对于模态固有频率值的改变就更容易判断。对于以上三种声腔，声腔的基本尺寸一致，为 Lx Ly Lz 0.96m 0.96m 0.96m。对于直接开孔与突出开孔的声腔，开孔位置也一致，都是以顶面正方形的型心为型心开一个边长为 120mm 的正方形孔。对于突出开孔声腔，开孔的高度为 120mm。在 Ansys 软件中，流体单元需要建立实体单元，这里采用 fluid30 号单元，声腔内的流体采用海水，海水的密度3 1025k g /m，海水中的声速 c 1531m /s。根据数值计算经验，对网格进行简单划分，考虑到模型计算精度与速度的要求，
（a）封闭声腔 （b）直接开孔声腔 （c）突出开孔声腔图 2.4 三种声腔的 Ansys 模型单元网格2.3.4 数值计算结果与分析首先对于本文建模方法的正确性进行验证。由于刚性壁面立方体封闭声腔的固有频率计算公式已在公式（2.9）给出，根据式（2.9）可以计算得到封闭声腔的模态频率值，与封闭声腔的数值计算结果的前几阶声腔固有频率值一起列入表 2.1 进行对比。表 2.1 封闭声腔前几阶固有频率对比模态 数值解/Hz 解析解/Hz（1 0 0）（0 1 0）（0 0 1） 797.72 797.40（1 1 0）（1 0 1）（0 1 1） 1128.1 1127.69（1 1 1）（2 0 0）（0 2 0）（0 0 2）1381.71597.41381.131594.79从上表可以看到，数值解与解析解的前几阶固有频率计算结果吻合的很好，结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]任意边界条件的弹性长方体封闭腔辐射声场分析[J]. 姚昊萍,张建润,陈南,孙庆鸿. 中国机械工程. 2006(S2)
[2]边界条件对三维空腔流动振荡的影响[J]. 司海青,王同光. 南京航空航天大学学报. 2006(05)
[3]三维超声速开式空腔振荡特性研究[J]. 侯中喜,夏刚,秦子增. 国防科技大学学报. 2004(06)
[4]基于格林函数法的封闭声腔的结构-声耦合分析[J]. 罗超,饶柱石,赵玫. 振动工程学报. 2004(03)
[5]流动诱导空腔振荡频率方程的改进[J]. 张强. 振动工程学报. 2004(01)
[6]声激励抑制空腔流激振荡的实验研究[J]. 罗柏华,胡章伟,戴昌晖. 南京航空航天大学学报. 1999(01)
[7]指挥室围壳振动特性分析[J]. 谭林森. 华中理工大学学报. 1998(05)
[8]有限元+边界元——修正的模态分解法预报水下旋转薄壳的振动和声辐射[J]. 张敬东,何祚镛. 声学学报. 1990(01)
博士论文
[1]基于声学空间—弹性板耦合模型的声辐射与声传递特性研究[D]. 王刚.哈尔滨工程大学 2016
[2]声学耦合空间建模方法及其特性分析[D]. 石双霞.哈尔滨工程大学 2016
[3]考虑复杂因素的弹性板及其声腔耦合系统声振特性分析[D]. 张羽飞.哈尔滨工程大学 2016
[4]任意边界条件下结构振动、封闭声场及其耦合系统建模方法研究[D]. 杜敬涛.哈尔滨工程大学 2009
[5]结构声辐射与声传输有源控制理论与控制技术研究[D]. 靳国永.哈尔滨工程大学 2007
硕士论文
[1]基于状态空间方法的水下结构模态分析[D]. 马彬.大连理工大学 2008
本文编号：2931134
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