蛋形仿生耐压壳水下声辐射特性研究
发布时间：2022-01-04 11:42
以直径2 m、工作水深4 km的钛合金球壳为对象,通过Narushin （N-R）方程描述鹅蛋、鸡蛋、鸵鸟蛋的形状函数,采用等容积、等最大应力水平的方法设计了仿生耐压壳体,通过有限元方法分析各壳体在空气中和水中的模态特性,最后利用三维水弹性方法计算蛋形仿生耐压壳体的远场声辐射。计算结果表明,在500 Hz以下频段,蛋形壳在尖端和钝端激励时引起的声辐射要优于球壳,其中鹅蛋型曲线的耐压壳体具有较优的辐射噪声特性。在500 Hz以上频段,球壳的辐射噪声远低于蛋形壳。激励位置对蛋形耐压壳体声辐射影响明显,分析结果可为低噪声水下仿生耐压壳结构设计应用提供有效参考。
【文章来源】：声学技术. 2020,39(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
球形壳湿模态计算结果
第3期吴健等：蛋形仿生耐压壳水下声辐射特性研究275(a)f=522.4Hz(b)f=586.6Hz图6鸵鸟蛋形壳干模态计算结果Fig.6Vibrationpatternofostrichegg-shapedshell’sdrymode(a)f=354.4Hz(b)f=437.3Hz图7球形壳湿模态计算结果Fig.7Vibrationpatternofsphericalshell’swetmode(a)f=274.9Hz(b)f=325.2Hz图8鹅蛋形壳湿模态计算结果Fig.8Vibrationpatternofgooseegg-shapedshell’swetmode(a)f=306.5Hz(b)f=368.7Hz图9鸡蛋形壳湿模态计算结果Fig.9Vibrationpatternofchickenegg-shapedshell’swetmode
巫醋罴虻サ牡?钥翘澹??早就作为声弹性的研究对象。潜艇、鱼雷等水下运动体的形状比较接近于圆柱形状，其振动和声辐射特征也很早就受到关注，目前研究的已经较为深入[7-8]，而基于蛋形曲线的耐压壳结构的声辐射特性研究还未见报道。为此，从仿生角度出发，选取鸡蛋、鹅蛋、鸵鸟蛋等蛋形曲线耐压结构为研究对象，在相同的设计条件下分析结构的模态特征与声辐射特性，并与圆球壳进行对比。1蛋形仿生耐压壳模型蛋壳一般为轴对称薄板旋转结构，取蛋壳的尖端端点为原点建立坐标系，使x轴正向指向蛋形钝端，如图1所示。图1蛋形曲线坐标图Fig.1Coordinatesofegg-shapedcurve蛋壳的子午面曲线一般可以采用Narushin(N-R)方程描述，该方程很好地描述蛋壳特征[9-10]。Narushin(N-R)方程的表达式为222112.372()1.057()nnnyxLxxLnB++==(1)式中：L为蛋形曲线长轴；B为蛋形曲线短轴；B/L为蛋形系数；x为横坐标；y为纵坐标。以直径为2m、工作深度为4km的球壳为对象，材料选取钛合金Ti-6Al-4V(TC4)，其力学参数为：弹性模量E=110GPa，泊松比μ=0.34，屈服强度σ=830MPa，密度ρ=4.5g·cm-3。安全系数暂取1.6，采取等容积、等最大应力水平的方法设计蛋形耐压壳，其蛋形系数及壳体厚度如表1所示，蛋形曲线如图2所示。从表1中可以看出，壳体越接近于球，壳体厚度越保表1蛋形耐压壳设计值Table1Designparametersofegg-shapedpressurehulls壳体形状蛋形系数壳体厚度/mm重量/kg容积/m3鹅蛋形0.695028304.06鸡蛋形0.784827014.10鸵鸟蛋形0.894625634.08球形14324324.19图2不同蛋形曲线Fig.2Differentegg-shapedcurves2声辐射数据处理在求得远处球面声场(R=10km)上的声?
【参考文献】：
期刊论文
[1]舰船低频水下辐射噪声数值计算方法对比研究[J]. 李清,杨德庆,郁扬. 中国造船. 2017(03)
[2]加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计[J]. 张波,向阳,李飞,郭宁,肖鸿飞. 噪声与振动控制. 2017(03)
[3]有限长加筋圆柱壳水下声辐射的精细传递矩阵法[J]. 王献忠,江晨半,计方,方月明. 船舶力学. 2017(04)
[4]蛋形耐压壳设计与分析[J]. 张建,朱俊臣,王明禄,王纬波,朱永梅,唐文献. 机械工程学报. 2016(15)
[5]深水耐压壳仿生设计与分析[J]. 张建,王纬波,高杰,王明禄,唐文献,吴文伟. 船舶力学. 2015(11)
[6]整体结构模型低阶湿模态仿真计算方法[J]. 黄晓明,朱锡,牟金磊,李海涛. 舰船科学技术. 2011(05)
[7]考虑航速及自由液面影响的声介质中三维结构水弹性力学研究[J]. 邹明松,吴有生,沈顺根,吴文伟. 船舶力学. 2010(11)
本文编号：3568272
【文章来源】：声学技术. 2020,39(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
球形壳湿模态计算结果
第3期吴健等：蛋形仿生耐压壳水下声辐射特性研究275(a)f=522.4Hz(b)f=586.6Hz图6鸵鸟蛋形壳干模态计算结果Fig.6Vibrationpatternofostrichegg-shapedshell’sdrymode(a)f=354.4Hz(b)f=437.3Hz图7球形壳湿模态计算结果Fig.7Vibrationpatternofsphericalshell’swetmode(a)f=274.9Hz(b)f=325.2Hz图8鹅蛋形壳湿模态计算结果Fig.8Vibrationpatternofgooseegg-shapedshell’swetmode(a)f=306.5Hz(b)f=368.7Hz图9鸡蛋形壳湿模态计算结果Fig.9Vibrationpatternofchickenegg-shapedshell’swetmode
巫醋罴虻サ牡?钥翘澹??早就作为声弹性的研究对象。潜艇、鱼雷等水下运动体的形状比较接近于圆柱形状，其振动和声辐射特征也很早就受到关注，目前研究的已经较为深入[7-8]，而基于蛋形曲线的耐压壳结构的声辐射特性研究还未见报道。为此，从仿生角度出发，选取鸡蛋、鹅蛋、鸵鸟蛋等蛋形曲线耐压结构为研究对象，在相同的设计条件下分析结构的模态特征与声辐射特性，并与圆球壳进行对比。1蛋形仿生耐压壳模型蛋壳一般为轴对称薄板旋转结构，取蛋壳的尖端端点为原点建立坐标系，使x轴正向指向蛋形钝端，如图1所示。图1蛋形曲线坐标图Fig.1Coordinatesofegg-shapedcurve蛋壳的子午面曲线一般可以采用Narushin(N-R)方程描述，该方程很好地描述蛋壳特征[9-10]。Narushin(N-R)方程的表达式为222112.372()1.057()nnnyxLxxLnB++==(1)式中：L为蛋形曲线长轴；B为蛋形曲线短轴；B/L为蛋形系数；x为横坐标；y为纵坐标。以直径为2m、工作深度为4km的球壳为对象，材料选取钛合金Ti-6Al-4V(TC4)，其力学参数为：弹性模量E=110GPa，泊松比μ=0.34，屈服强度σ=830MPa，密度ρ=4.5g·cm-3。安全系数暂取1.6，采取等容积、等最大应力水平的方法设计蛋形耐压壳，其蛋形系数及壳体厚度如表1所示，蛋形曲线如图2所示。从表1中可以看出，壳体越接近于球，壳体厚度越保表1蛋形耐压壳设计值Table1Designparametersofegg-shapedpressurehulls壳体形状蛋形系数壳体厚度/mm重量/kg容积/m3鹅蛋形0.695028304.06鸡蛋形0.784827014.10鸵鸟蛋形0.894625634.08球形14324324.19图2不同蛋形曲线Fig.2Differentegg-shapedcurves2声辐射数据处理在求得远处球面声场(R=10km)上的声?
【参考文献】：
期刊论文
[1]舰船低频水下辐射噪声数值计算方法对比研究[J]. 李清,杨德庆,郁扬. 中国造船. 2017(03)
[2]加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计[J]. 张波,向阳,李飞,郭宁,肖鸿飞. 噪声与振动控制. 2017(03)
[3]有限长加筋圆柱壳水下声辐射的精细传递矩阵法[J]. 王献忠,江晨半,计方,方月明. 船舶力学. 2017(04)
[4]蛋形耐压壳设计与分析[J]. 张建,朱俊臣,王明禄,王纬波,朱永梅,唐文献. 机械工程学报. 2016(15)
[5]深水耐压壳仿生设计与分析[J]. 张建,王纬波,高杰,王明禄,唐文献,吴文伟. 船舶力学. 2015(11)
[6]整体结构模型低阶湿模态仿真计算方法[J]. 黄晓明,朱锡,牟金磊,李海涛. 舰船科学技术. 2011(05)
[7]考虑航速及自由液面影响的声介质中三维结构水弹性力学研究[J]. 邹明松,吴有生,沈顺根,吴文伟. 船舶力学. 2010(11)
本文编号：3568272
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