水下粘弹性复合圆柱壳声振耦合机理研究
发布时间：2021-10-08 21:20
以水下结构减振降噪和声辐射预报为研究背景,开展了水下粘弹性复合圆柱壳的振动声辐射建模及耦合机理等方面的研究。采用粘弹性理论描述覆盖层运动,建立了敷设均匀粘弹性覆盖层圆柱壳的振动声辐射理论计算模型,分析了覆盖层的抑振去耦特性。分析了覆盖层建模中的矩阵病态性问题,指出特殊函数及其导数的存在使得矩阵元素大小分布严重失衡,是导致矩阵病态性的主要原因,这可导致计算结果的严重奇异性。提出了矩阵平衡化处理和去零化处理方法,大大降低了矩阵的病态性。提出了覆盖层直角坐标变换的建模方法,在降低矩阵病态性的同时,提高了计算速度。实际覆盖层结构复杂,耦合状态下参数难以获取,给建模预报带来了困难。为此提出了将覆盖层等效为均匀粘弹性层的等效参数建模方法,并提出了基于结构均方振速理论计算值和试验测量值进行匹配的覆盖层等效参数反演方法。通过仿真计算,分别开展了多层复合覆盖层和含空腔覆盖层的等效参数反演研究,针对反演参数随频率变化剧烈的情况,提出了频带误差平均处理和曲线平滑处理方法。仿真计算表明,在中低频段,基于等效参数法进行覆盖层建模,然后计算复合圆柱壳声辐射的方法是可行的。考虑环肋、实肋板、内外壳覆盖层等结构建立了...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１复合圆柱壳模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ｓｈｅｌｌ?ｍｏｄｅｌ??
０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００??频率（Ｈｚ）??图２．２圆柱壳位移解析解与ＡＮＳＹＳ解的比较??Ｆｉｇ．?２．２?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ａｎａｌｙｔｉｃ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ａｎｄ?ＡＮＳＹＳ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｈｅｌｌ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ??１６０?ｒ?１?１?．???１５０?－?－??ｊ：??Ｒ?１１０?■??？?１００?＇?／??ＳＹＳＮＯＩＳＥ解?［??９〇?．?／??解析解－忽略互阻抗．??／?——解析解－考虑互阻抗??８。０?５００?１０００?１５００?２０００??频率（Ｈｚ）??图２．３圆柱壳声辖射建模验证??Ｆｉｇ．?２．３?Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ｓｈｅｌｌ?ｓｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌｉｎｇ??由于声学覆盖层的外表面为无限大水介质，因此，在验证覆盖层模型之前，先来检??验无限大水介质中声场建模的正确性。对于表２．１模型，幅值为１Ｎ的径向点激励力作??用在壳面中部，首先采用解析法计算圆柱壳壳面位移和辐射声功率，然后采用??ＳＹＳＮＯＩＳＥ边界元软件建立圆柱壳声辐射模型［１２９］，将解析法得到的壳面位移输入??ＳＹＳＮＯＩＳＥ软件，计算模型的辐射声功率，并与解析解进行比对，如图２．３所示（本文??参考辐射声功率均为〇．６７ｘｌ（Ｔ１８Ｗ）。其中，在ＳＹＳＮＯＩＳＥ建模时，为模拟解析法圆柱??壳两端的无限长刚硬障板，在模型两端分别增加一个２ｍ长的刚硬圆柱障板，令其振动??位移为零。另外
哈尔滨工程大学博士学位论文??可以忽略圆柱壳互辐射阻抗，若需更精确的计算，则需考虑互辐射阻抗。另外，也说明??了本文简支圆柱壳声辐射问题的建模是可靠的。??表２．２覆盖层参数??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｃｏａｔｉｎｇ?ｌａｙｅｒ??层厚（ｍ）?密度（ｋｇ／ｍ３）?杨氏模量（Ｎ／ｍ２）?泊松比?阻尼损耗因子??０．０２?１０００?１?ｘ?１〇７?０．４８?０．２３??在圆柱壳振动和圆柱壳声辐射建模验证的基础上，下面对粘弹性覆盖层的建模进行??验证。敷设载体圆柱壳参数见表２．１，覆盖层参数见表２．２，激励力为幅值１Ｎ的径向点??激励力，位于圆柱壳面中心，模型采用轴对称模型。分别采用解析法和ＡＮＳＹＳ有限元??法计算空气中覆盖层内外侧的位移频率响应，并进行比较，如图２．４所示。可见，覆盖??层位移的解析解与ＡＮＳＹＳ解吻合很好，表明本文视作粘弹性体的覆盖层建模理论是可??靠的。??－３５■?■?—??＞?１??－３５－■?—??＞?．???
【参考文献】：
期刊论文
[1]双层圆柱壳内外壳振动与声辐射相似性研究[J]. 陈美霞,牟彬杰,魏建辉,张晓宇. 船舶力学. 2012(11)
[2]双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析[J]. 张磊,曹跃云,杨自春,何元安. 振动与冲击. 2012(20)
[3]水中有限长加肋圆柱壳的平均辐射率[J]. 程钊,范军,王斌,汤渭霖. 船舶力学. 2012(10)
[4]基于有限测点的单层圆柱壳辐射声功率计算[J]. 和卫平,陈美霞,魏建辉,张聪. 船舶力学. 2012(10)
[5]多源随机激励下多舱段圆柱壳辐射声功率(英文)[J]. 胡世猛,汤渭霖,王斌,范军. 船舶力学. 2012(09)
[6]有阻尼负载时圆柱壳的声传递特性分析[J]. 姚熊亮,王献忠,孙龙泉. 振动与冲击. 2012(15)
[7]水下翼型结构流噪声实验研究[J]. 尚大晶,李琪,商德江,林翰. 声学学报. 2012(04)
[8]圆弧曲梁振动微分方程推导及振动特性分析[J]. 宋郁民,吴定俊,李奇. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2012(03)
[9]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)
[10]大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究[J]. 缪旭弘,王雪仁,贾地,靳国永,庞福振. 计算力学学报. 2012(01)
博士论文
[1]水下有界空间中弹性结构的声辐射预报方法研究[D]. 陈鸿洋.哈尔滨工程大学 2013
[2]蜂窝夹层结构复合材料的声振特性研究[D]. 王盛春.重庆大学 2011
[3]基于不同理论的流场中圆柱壳振动能量流和辐射声功率研究[D]. 张俊杰.华中科技大学 2010
[4]（多层复合）圆柱壳体的振动和声辐射研究[D]. 殷学文.上海交通大学 2008
[5]敷设阻尼层的加肋圆柱壳辐射性能及噪声特性分析[D]. 田宝晶.哈尔滨工程大学 2006
[6]水声吸声覆盖层理论与实验研究[D]. 王曼.哈尔滨工程大学 2004
[7]水中阻尼复合壳体结构声振特性的数值分析[D]. 邹元杰.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]有限长圆柱壳声与振动的快速预报方法研究[D]. 赵智伟.哈尔滨工程大学 2007
[2]圆柱壳体全频段振动声辐射特性研究[D]. 贺晨.西北工业大学 2006
[3]声学覆盖层声阻抗测量方法及复合结构声反射预报研究[D]. 余晓丽.哈尔滨工程大学 2006
[4]水下消声覆盖层吸声机理研究[D]. 白国锋.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3424981
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１复合圆柱壳模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ｓｈｅｌｌ?ｍｏｄｅｌ??
０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００??频率（Ｈｚ）??图２．２圆柱壳位移解析解与ＡＮＳＹＳ解的比较??Ｆｉｇ．?２．２?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ａｎａｌｙｔｉｃ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ａｎｄ?ＡＮＳＹＳ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｈｅｌｌ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ??１６０?ｒ?１?１?．???１５０?－?－??ｊ：??Ｒ?１１０?■??？?１００?＇?／??ＳＹＳＮＯＩＳＥ解?［??９〇?．?／??解析解－忽略互阻抗．??／?——解析解－考虑互阻抗??８。０?５００?１０００?１５００?２０００??频率（Ｈｚ）??图２．３圆柱壳声辖射建模验证??Ｆｉｇ．?２．３?Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ｓｈｅｌｌ?ｓｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌｉｎｇ??由于声学覆盖层的外表面为无限大水介质，因此，在验证覆盖层模型之前，先来检??验无限大水介质中声场建模的正确性。对于表２．１模型，幅值为１Ｎ的径向点激励力作??用在壳面中部，首先采用解析法计算圆柱壳壳面位移和辐射声功率，然后采用??ＳＹＳＮＯＩＳＥ边界元软件建立圆柱壳声辐射模型［１２９］，将解析法得到的壳面位移输入??ＳＹＳＮＯＩＳＥ软件，计算模型的辐射声功率，并与解析解进行比对，如图２．３所示（本文??参考辐射声功率均为〇．６７ｘｌ（Ｔ１８Ｗ）。其中，在ＳＹＳＮＯＩＳＥ建模时，为模拟解析法圆柱??壳两端的无限长刚硬障板，在模型两端分别增加一个２ｍ长的刚硬圆柱障板，令其振动??位移为零。另外
哈尔滨工程大学博士学位论文??可以忽略圆柱壳互辐射阻抗，若需更精确的计算，则需考虑互辐射阻抗。另外，也说明??了本文简支圆柱壳声辐射问题的建模是可靠的。??表２．２覆盖层参数??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｃｏａｔｉｎｇ?ｌａｙｅｒ??层厚（ｍ）?密度（ｋｇ／ｍ３）?杨氏模量（Ｎ／ｍ２）?泊松比?阻尼损耗因子??０．０２?１０００?１?ｘ?１〇７?０．４８?０．２３??在圆柱壳振动和圆柱壳声辐射建模验证的基础上，下面对粘弹性覆盖层的建模进行??验证。敷设载体圆柱壳参数见表２．１，覆盖层参数见表２．２，激励力为幅值１Ｎ的径向点??激励力，位于圆柱壳面中心，模型采用轴对称模型。分别采用解析法和ＡＮＳＹＳ有限元??法计算空气中覆盖层内外侧的位移频率响应，并进行比较，如图２．４所示。可见，覆盖??层位移的解析解与ＡＮＳＹＳ解吻合很好，表明本文视作粘弹性体的覆盖层建模理论是可??靠的。??－３５■?■?—??＞?１??－３５－■?—??＞?．???
【参考文献】：
期刊论文
[1]双层圆柱壳内外壳振动与声辐射相似性研究[J]. 陈美霞,牟彬杰,魏建辉,张晓宇. 船舶力学. 2012(11)
[2]双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析[J]. 张磊,曹跃云,杨自春,何元安. 振动与冲击. 2012(20)
[3]水中有限长加肋圆柱壳的平均辐射率[J]. 程钊,范军,王斌,汤渭霖. 船舶力学. 2012(10)
[4]基于有限测点的单层圆柱壳辐射声功率计算[J]. 和卫平,陈美霞,魏建辉,张聪. 船舶力学. 2012(10)
[5]多源随机激励下多舱段圆柱壳辐射声功率(英文)[J]. 胡世猛,汤渭霖,王斌,范军. 船舶力学. 2012(09)
[6]有阻尼负载时圆柱壳的声传递特性分析[J]. 姚熊亮,王献忠,孙龙泉. 振动与冲击. 2012(15)
[7]水下翼型结构流噪声实验研究[J]. 尚大晶,李琪,商德江,林翰. 声学学报. 2012(04)
[8]圆弧曲梁振动微分方程推导及振动特性分析[J]. 宋郁民,吴定俊,李奇. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2012(03)
[9]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)
[10]大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究[J]. 缪旭弘,王雪仁,贾地,靳国永,庞福振. 计算力学学报. 2012(01)
博士论文
[1]水下有界空间中弹性结构的声辐射预报方法研究[D]. 陈鸿洋.哈尔滨工程大学 2013
[2]蜂窝夹层结构复合材料的声振特性研究[D]. 王盛春.重庆大学 2011
[3]基于不同理论的流场中圆柱壳振动能量流和辐射声功率研究[D]. 张俊杰.华中科技大学 2010
[4]（多层复合）圆柱壳体的振动和声辐射研究[D]. 殷学文.上海交通大学 2008
[5]敷设阻尼层的加肋圆柱壳辐射性能及噪声特性分析[D]. 田宝晶.哈尔滨工程大学 2006
[6]水声吸声覆盖层理论与实验研究[D]. 王曼.哈尔滨工程大学 2004
[7]水中阻尼复合壳体结构声振特性的数值分析[D]. 邹元杰.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]有限长圆柱壳声与振动的快速预报方法研究[D]. 赵智伟.哈尔滨工程大学 2007
[2]圆柱壳体全频段振动声辐射特性研究[D]. 贺晨.西北工业大学 2006
[3]声学覆盖层声阻抗测量方法及复合结构声反射预报研究[D]. 余晓丽.哈尔滨工程大学 2006
[4]水下消声覆盖层吸声机理研究[D]. 白国锋.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3424981
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3424981.html
