水下航行器艉部结构振动噪声特性及优化设计
发布时间：2021-11-08 08:46
水下航行器艉部由于其位置特殊性,会同时受结构动力装置、轴系、艉部伴流等多源激励共同耦合作用,是水下航行器振动声辐射控制的关键和重点考核区域,其振动声辐射严重影响着水下航行器的整体振动声辐射水平。因此,水下航行器艉部结构振动噪声特性研究及其低噪声优化设计具有重要的理论价值与工程背景。本文以水下航行器艉部结构低噪声优化设计为目标,开展了艉部结构损耗特性、艉部结构振动声辐射影响因素及规律、艉部结构振动模态分析及优化设计研究,最终提出了艉部低噪声优化方案与设计方法。首先从艉部结构损耗特性出发,探索了温度、频率、材料属性、结构形式及尺寸等因素对结构损耗特性的影响规律。数值仿真结果表明,结构损耗因子数值大小会对艉部结构振动声辐射的仿真结果产生重要影响。因此,本文开展了水下航行器艉部典型结构损耗特性试验,获得了准确的结构损耗因子用于艉部结构损耗特性分析及艉部振动声辐射仿真。在此基础上,探索了结构形式与特征参数对艉部结构振动声辐射的影响规律,为艉部结构优化设计打下了基础。具体工作为:基于声固耦合分析方法,建立艉部结构振动声辐射仿真计算模型,分别考察艉部结构、环肋结构、纵向加强筋结构、壳体参数、舱壁参数...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下航行器（
哈尔滨工程大学硕士学位论文10以变形能法为例，由各子结构总的最大变形能iW与各子结构在一个周期内的阻尼耗能()siD，定义结构损耗因子为：()2siiDW（2-1）如果已知各子结构的损耗因子i，则各子结构在一个振动周期内的阻尼耗能为：()2siiiDW（2-2）则式2.2可写为：iiiWW（2-3）由式2-1和式2-3定义的结构损耗因子最直接地反映了结构耗能的能力，是评价结构损耗特性的主要指标，可通过测量的方式获得。2.3结构损耗特性对艉部结构振动的影响前文所述，结构的损耗特性会由结构尺寸、形式、频率等而产生变化，但在通常的结构动力及声学性能仿真计算时，一般采用经验给出的定值作为结构损耗因子。本节通过一简单航行器内部板架，验证结构损耗因子对艉部结构舱内甲板的结构振动响应的影响。建立一块1m×1m矩形板架，板架厚度为3mm，纵横各均布两根加强筋，参数为60×8+40×6mm2的T型材。将板架四周做简支处理，同时在板架中心施加一指向板架的1N单位载荷。结构参数为：弹性模量112E2.11eN/m，泊松比0.3，密度37850kg/m。(a)有限元模型(b)边界条件与加载图2.4有限元模型及加载情况为验证艉部结构损耗因子对艉部结构振动的影响，设置损耗因子分别为0.01、0.001、0.0001进行对比计算，分析频段为1-400Hz，频率间隔1Hz。提取板架中心振动加速度并以1×10-6m/s2为基准加速度转化为振动加速度级，对比如图2.5所示。
第2章水下航行器艉部结构损耗特性研究11图2.5损耗因子对结构振动的影响由图中可以看出，结构损耗因子较高水平时在结构动力及声学仿真计算时对结果的影响较大，在结构损耗因子处于10-3数量级及以下时，其变化对振动峰值稍有影响。因此，应开展相应的水下航行器艉部典型结构损耗特性试验，获取艉部典型结构构件的结构损耗因子，更准确的开展艉部结构振动声辐射影响因素计算分析与艉部结构低噪声设计。2.4水下航行器艉部结构损耗特性试验由上节可知，结构损耗因子在结构动力及声学仿真计算时对结果的影响较大。因此，对水下航行器艉部典型结构进行损耗因子测试是十分必要的，不仅可以得到水下航行器艉部结构典型构件的损耗特性，还可以通过精确的输入大幅提高数值仿真的准确性。本试验主要通过测试水下航行器艉部结构典型结构的结构损耗因子，为水下航行器艉部结构振动噪声数值计算方法提供更为准确的系统参数输入。2.4.1试验原理及方法2.4.1.1试验模型及测试原理本试验的试验模型为水下航行器艉部典型结构构件模型，主要包括外壳、内壳、加筋板架、横舱壁等。模型的材质全部采用船用钢。艉部典型结构损耗因子测试时，需用缆绳将模型吊装悬挂起来，因此需在构件一端布置吊孔。部分艉部典型构件模型如下图所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶艉部激励耦合振动噪声机理研究进展与展望[J]. 华宏星,俞强. 中国舰船研究. 2017(04)
[2]水中环肋锥柱结合壳的振动特性分析[J]. 邓乃旗,陈美霞,谢坤,魏建辉. 中国造船. 2015(01)
[3]锥-柱组合壳体声辐射影响因素研究[J]. 魏应三,王永生. 振动与冲击. 2012(22)
[4]纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响[J]. 王路才,周其斗,纪刚. 海军工程大学学报. 2012(02)
[5]基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值分析[J]. 和卫平,陈美霞,高菊,陈清坤. 中国舰船研究. 2008(06)
[6]环筋对水下平底圆柱壳的声振特性影响[J]. 石焕文,盛美萍,孙进才,贺晨. 应用声学. 2007(04)
[7]结构型式对双层壳声辐射特性影响研究[J]. 张阿漫,钱德进,姚熊亮. 中国舰船研究. 2007(03)
[8]降低双层加肋圆柱壳低频噪声的声学设计技术[J]. 艾海峰,陈志坚,孙谦. 噪声与振动控制. 2007(03)
[9]轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究[J]. 曹贻鹏,张文平. 船舶力学. 2007(02)
[10]结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系及其应用[J]. 李双,陈克安. 声学学报. 2007(02)
博士论文
[1]损耗因子测试方法研究[D]. 顾金桃.西北工业大学 2016
[2]桨—轴—艇耦合结构的振动和声辐射特性理论与试验研究[D]. 吴仕昊.上海交通大学 2015
[3]锥—柱组合壳振动与声辐射特性的半解析法分析[D]. 张聪.华中科技大学 2013
[4]板/壳—腔结构声振耦合分析及减振降噪优化研究[D]. 李鸿秋.南京航空航天大学 2011
硕士论文
[1]基于稳态能量法的损耗因子计算方法研究[D]. 谢孟恺.上海交通大学 2009
[2]复合夹层板结构动力特性研究[D]. 张海燕.武汉理工大学 2005
本文编号：3483396
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下航行器（
哈尔滨工程大学硕士学位论文10以变形能法为例，由各子结构总的最大变形能iW与各子结构在一个周期内的阻尼耗能()siD，定义结构损耗因子为：()2siiDW（2-1）如果已知各子结构的损耗因子i，则各子结构在一个振动周期内的阻尼耗能为：()2siiiDW（2-2）则式2.2可写为：iiiWW（2-3）由式2-1和式2-3定义的结构损耗因子最直接地反映了结构耗能的能力，是评价结构损耗特性的主要指标，可通过测量的方式获得。2.3结构损耗特性对艉部结构振动的影响前文所述，结构的损耗特性会由结构尺寸、形式、频率等而产生变化，但在通常的结构动力及声学性能仿真计算时，一般采用经验给出的定值作为结构损耗因子。本节通过一简单航行器内部板架，验证结构损耗因子对艉部结构舱内甲板的结构振动响应的影响。建立一块1m×1m矩形板架，板架厚度为3mm，纵横各均布两根加强筋，参数为60×8+40×6mm2的T型材。将板架四周做简支处理，同时在板架中心施加一指向板架的1N单位载荷。结构参数为：弹性模量112E2.11eN/m，泊松比0.3，密度37850kg/m。(a)有限元模型(b)边界条件与加载图2.4有限元模型及加载情况为验证艉部结构损耗因子对艉部结构振动的影响，设置损耗因子分别为0.01、0.001、0.0001进行对比计算，分析频段为1-400Hz，频率间隔1Hz。提取板架中心振动加速度并以1×10-6m/s2为基准加速度转化为振动加速度级，对比如图2.5所示。
第2章水下航行器艉部结构损耗特性研究11图2.5损耗因子对结构振动的影响由图中可以看出，结构损耗因子较高水平时在结构动力及声学仿真计算时对结果的影响较大，在结构损耗因子处于10-3数量级及以下时，其变化对振动峰值稍有影响。因此，应开展相应的水下航行器艉部典型结构损耗特性试验，获取艉部典型结构构件的结构损耗因子，更准确的开展艉部结构振动声辐射影响因素计算分析与艉部结构低噪声设计。2.4水下航行器艉部结构损耗特性试验由上节可知，结构损耗因子在结构动力及声学仿真计算时对结果的影响较大。因此，对水下航行器艉部典型结构进行损耗因子测试是十分必要的，不仅可以得到水下航行器艉部结构典型构件的损耗特性，还可以通过精确的输入大幅提高数值仿真的准确性。本试验主要通过测试水下航行器艉部结构典型结构的结构损耗因子，为水下航行器艉部结构振动噪声数值计算方法提供更为准确的系统参数输入。2.4.1试验原理及方法2.4.1.1试验模型及测试原理本试验的试验模型为水下航行器艉部典型结构构件模型，主要包括外壳、内壳、加筋板架、横舱壁等。模型的材质全部采用船用钢。艉部典型结构损耗因子测试时，需用缆绳将模型吊装悬挂起来，因此需在构件一端布置吊孔。部分艉部典型构件模型如下图所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶艉部激励耦合振动噪声机理研究进展与展望[J]. 华宏星,俞强. 中国舰船研究. 2017(04)
[2]水中环肋锥柱结合壳的振动特性分析[J]. 邓乃旗,陈美霞,谢坤,魏建辉. 中国造船. 2015(01)
[3]锥-柱组合壳体声辐射影响因素研究[J]. 魏应三,王永生. 振动与冲击. 2012(22)
[4]纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响[J]. 王路才,周其斗,纪刚. 海军工程大学学报. 2012(02)
[5]基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值分析[J]. 和卫平,陈美霞,高菊,陈清坤. 中国舰船研究. 2008(06)
[6]环筋对水下平底圆柱壳的声振特性影响[J]. 石焕文,盛美萍,孙进才,贺晨. 应用声学. 2007(04)
[7]结构型式对双层壳声辐射特性影响研究[J]. 张阿漫,钱德进,姚熊亮. 中国舰船研究. 2007(03)
[8]降低双层加肋圆柱壳低频噪声的声学设计技术[J]. 艾海峰,陈志坚,孙谦. 噪声与振动控制. 2007(03)
[9]轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究[J]. 曹贻鹏,张文平. 船舶力学. 2007(02)
[10]结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系及其应用[J]. 李双,陈克安. 声学学报. 2007(02)
博士论文
[1]损耗因子测试方法研究[D]. 顾金桃.西北工业大学 2016
[2]桨—轴—艇耦合结构的振动和声辐射特性理论与试验研究[D]. 吴仕昊.上海交通大学 2015
[3]锥—柱组合壳振动与声辐射特性的半解析法分析[D]. 张聪.华中科技大学 2013
[4]板/壳—腔结构声振耦合分析及减振降噪优化研究[D]. 李鸿秋.南京航空航天大学 2011
硕士论文
[1]基于稳态能量法的损耗因子计算方法研究[D]. 谢孟恺.上海交通大学 2009
[2]复合夹层板结构动力特性研究[D]. 张海燕.武汉理工大学 2005
本文编号：3483396
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