基于三明治夹层约束阻尼结构的潜艇降噪
发布时间：2021-06-28 08:48
潜艇的传动设备在运行中形成振动,并借助潜艇的本体对水流场不断辐射,噪声扩散,因此研究人员往往通过控制潜艇振动问题从而减小整体的噪声。当下,在潜艇噪声的防控中,通常将艇体近似成圆柱壳。重点分析了具有约束阻尼层的厚壳体,同时阐述了此类阻尼层对控制潜艇辐射声场的效果。首先基于模态应变能法对"三明治"厚圆柱壳结构中约束阻尼层材料的损耗因子、刚度以及阻尼层的厚度进行了参数分析,分析阻尼层参数对整体结构模态阻尼比的影响规律。以振级落差目标函数,对含有约束阻尼层的足够长度圆柱壳体展开了减振效果的设计,确定了相关圆柱壳结构的阻尼层参数优化值。最后,建立了实际潜艇的模型,分析了采用全金属壳结构和"三明治"约束阻尼壳体结构情况下的潜艇周边声场。分析结果表明,优化后的"三明治"约束阻尼壳体结构能够使得潜艇在水中的声压在0～500 Hz范围中减小15 dB,在500～2 000 Hz范围内大概减小10 dB。
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(22)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
约束阻尼层示意图
为了确定约束阻尼层参数对振动性能 的作用,此次论文中选定足够长度的“三明治”壳体作为分析目标,其1/4模型见图2。利有限元工具ANSYS,按照一定的方式运算得到所需求的阻尼比参数,因为模型对应为平面应变形式,因此运算过程中使用八节点PLANE183设定尺寸合理的网格。该小节中基体、约束层内部构成都使用的是结构钢,明确其关联参数为:模量E1=210 GPa,泊松比υ1=0.3,密度ρ1=7 800 kg·m-3;初始设定值:E2=2.37(1+i0.5),泊松比υ2=0.42,密度ρ2=999 kg·m-3;其他相关指标的设定值:h2=100 mm。
复合壳体的截面状态参考图2内容,从内到外不同层的厚度各自对应H1=50 mm、H2=100 mm、H3=50 mm,此时相匹配的半径数值是R1=100 mm、R2=150 mm、R3=250 mm、R4=300 mm。将模型几何规格的保持固定,设定损耗因子分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5,按照一定次序模型在多个指标数值下完成模态研究,同时获取相应的阻尼比参数,这里以前十阶的阻尼参数为案例,所得结果参考图3。结合图3的内容能够观察到,此时的前十阶阻尼比浮动规律大体一致,前5阶的指标数值整体不大,而5～7阶出现了一个明显的跃升表现,跃升的最大值就是损耗因子的对应数值。所以,就相关的壳体材料而言,在低频模式下阻尼层具备的作用将会变小,在高频状态下能够实现不错的减振效果。此外能够发现阻尼成分对相应阻尼比数值的影响作用很大,在第7阶后,指标数值保持稳定,跟损耗因子的数值相当,所以选用合理损耗因子的材料十分重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多源激励下水中有限长加肋圆柱壳体声振特性研究[J]. 周奇郑,王德石,高晟耀. 应用力学学报. 2013(05)
[2]潜艇结构快速设计研究[J]. 黄镇熙,王祖华,蒋德民. 舰船科学技术. 2011(08)
[3]中国海军反潜作战体系[J]. 江雨. 海陆空天惯性世界. 2011(03)
[4]潜艇噪声与综合降噪技术的应用[J]. 王磊,常书刚. 航海技术. 2007(02)
[5]约束阻尼结构的模态损耗因子计算的一种修正方法[J]. 郭中泽,罗景润,陈裕泽. 兵工学报. 2006(06)
[6]潜艇主要噪声源识别方法研究[J]. 章林柯,何琳,朱石坚. 噪声与振动控制. 2006(04)
[7]敷设阻尼材料的双层圆柱壳声辐射性能分析[J]. 陈美霞,骆东平,彭旭,罗斌. 声学学报. 2003(06)
[8]粘弹性阻尼层结构动力问题有限元分析综述[J]. 桂洪斌,赵德有,郑云龙. 振动与冲击. 2001(01)
[9]结构阻尼耗能假设及在振动计算中的应用[J]. 张相庭. 振动与冲击. 1982(02)
硕士论文
[1]复杂机械系统噪声源分离与诊断方法研究及软件实现[D]. 王欢.哈尔滨工程大学 2011
[2]粘弹阻尼减振降噪材料的阻尼性能及约束阻尼结构研究[D]. 马学强.青岛理工大学 2010
本文编号：3254010
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(22)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
约束阻尼层示意图
为了确定约束阻尼层参数对振动性能 的作用,此次论文中选定足够长度的“三明治”壳体作为分析目标,其1/4模型见图2。利有限元工具ANSYS,按照一定的方式运算得到所需求的阻尼比参数,因为模型对应为平面应变形式,因此运算过程中使用八节点PLANE183设定尺寸合理的网格。该小节中基体、约束层内部构成都使用的是结构钢,明确其关联参数为:模量E1=210 GPa,泊松比υ1=0.3,密度ρ1=7 800 kg·m-3;初始设定值:E2=2.37(1+i0.5),泊松比υ2=0.42,密度ρ2=999 kg·m-3;其他相关指标的设定值:h2=100 mm。
复合壳体的截面状态参考图2内容,从内到外不同层的厚度各自对应H1=50 mm、H2=100 mm、H3=50 mm,此时相匹配的半径数值是R1=100 mm、R2=150 mm、R3=250 mm、R4=300 mm。将模型几何规格的保持固定,设定损耗因子分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5,按照一定次序模型在多个指标数值下完成模态研究,同时获取相应的阻尼比参数,这里以前十阶的阻尼参数为案例,所得结果参考图3。结合图3的内容能够观察到,此时的前十阶阻尼比浮动规律大体一致,前5阶的指标数值整体不大,而5～7阶出现了一个明显的跃升表现,跃升的最大值就是损耗因子的对应数值。所以,就相关的壳体材料而言,在低频模式下阻尼层具备的作用将会变小,在高频状态下能够实现不错的减振效果。此外能够发现阻尼成分对相应阻尼比数值的影响作用很大,在第7阶后,指标数值保持稳定,跟损耗因子的数值相当,所以选用合理损耗因子的材料十分重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多源激励下水中有限长加肋圆柱壳体声振特性研究[J]. 周奇郑,王德石,高晟耀. 应用力学学报. 2013(05)
[2]潜艇结构快速设计研究[J]. 黄镇熙,王祖华,蒋德民. 舰船科学技术. 2011(08)
[3]中国海军反潜作战体系[J]. 江雨. 海陆空天惯性世界. 2011(03)
[4]潜艇噪声与综合降噪技术的应用[J]. 王磊,常书刚. 航海技术. 2007(02)
[5]约束阻尼结构的模态损耗因子计算的一种修正方法[J]. 郭中泽,罗景润,陈裕泽. 兵工学报. 2006(06)
[6]潜艇主要噪声源识别方法研究[J]. 章林柯,何琳,朱石坚. 噪声与振动控制. 2006(04)
[7]敷设阻尼材料的双层圆柱壳声辐射性能分析[J]. 陈美霞,骆东平,彭旭,罗斌. 声学学报. 2003(06)
[8]粘弹性阻尼层结构动力问题有限元分析综述[J]. 桂洪斌,赵德有,郑云龙. 振动与冲击. 2001(01)
[9]结构阻尼耗能假设及在振动计算中的应用[J]. 张相庭. 振动与冲击. 1982(02)
硕士论文
[1]复杂机械系统噪声源分离与诊断方法研究及软件实现[D]. 王欢.哈尔滨工程大学 2011
[2]粘弹阻尼减振降噪材料的阻尼性能及约束阻尼结构研究[D]. 马学强.青岛理工大学 2010
本文编号：3254010
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