肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下声振特性的影响

采用结构有限元耦合流体边界元方法对不同肋骨、舱壁布置形式的圆柱壳的流固耦合响应进行了计算。通过波数谱方法,结合柱壳规则波的声辐射效率,对不同波数成分结构波的振动与声辐射进行了量化。运用等间距与不等间距结构振动理论揭示了肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下振动与声辐射特性产生影响的机理。研究发现:结构不等间距布置的圆柱壳水下振动特性整体上较优,但受壳体周向振动模式影响较大;结构不等间距布置的圆柱壳声辐射特性并不一定优于结构等间距布置的圆柱壳声辐射特性。     

不同介质中声辐射相似性

研究不同介质中声学相似条件,可为空气噪声实验数据推算相应条件水下辐射噪声,替代复杂水下实验提供依据。因此,首先运用了因次分析法对任意不同介质中的声辐射相似性进行了分析;然后,采用结构有限元耦合流体边界元理论,利用NASTRAN计算模型表面流固耦合振动;最后,通过FORTRAN边界元程序计算辐射声场;以加肋圆柱壳为对象在水和空气两种典型介质中进行了数值模拟验证。理论推导与数值计算的结果一致性表明:不同介质中两个几何相似、表面振动相似的系统间结构表面振幅与该系统几何尺度成正比、表面振动波波长与该系统传声介质中声波波长成正比时,两个模型的无量纲声压相等。     

双层柱壳的流固耦合模态计算与试验研究

采用结构有限元和内域流体有限元的流固耦合计算方法,对球壳及其内域流体进行有限元离散计算,并将计算所得的模态振动频率与理论结果进行了比较.采用同样的方法,进一步对加筋双层圆柱壳进行了流固耦合的复特征值分析,并求解了其固有频率和振型.试验分别对双层柱壳充水和不充水情况下模态和模态频率进行了测量,结果证实了数值计算方法的正确性.     

圆柱壳的力辐射模态分析与噪声控制

为了能定量优化设备激振力布置,基于结构有限元耦合流体边界元法给出了力辐射模态的计算方法,分析了圆柱壳结构的力辐射模态特性。根据分析结果提出了对圆柱壳辐射噪声进行控制所需的激振力控制原则,并采用数值预报的方法证实了该原则的有效性。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。     

应用波数谱分析纵向构件对双层圆柱壳振动与声辐射的影响

为研究纵向构件对双层圆柱壳振动与声辐射特性影响的一般规律,首先采用结构有限元耦合流体边界元方法计算出增加纵向构件前后双层圆柱壳轻外壳的振动响应;然后,采用波数谱分析的方法将它们在波数域上进行波形分离,并得出它们法向速度振动功率波数谱和辐射声功率波数谱;最后,通过对两模型不同波数谱的比较分析,总结了纵向构件对结构振动模式的影响以及结构振动模式与辐射声功率间的关系。研究表明:纵向构件对圆柱壳轻外壳周向阶的振动影响不大,它的加强会减小轻外壳轴向长波振动的幅值,但能增加其平均辐射效率。     

舱壁振动对环肋圆柱壳舱段振声性能的影响

舱壁振动会传递到相连壳体部分,进而影响圆柱壳舱段振动和声辐射。为明确舱壁振动对环肋圆柱壳振声性能的影响,利用FEM/BEM法从舱壁边界条件和结构参数变化两个方面进行了数值计算,分别讨论了舱壁约束条件、舱段截取尺寸、舱壁封板形状、舱壁厚度及加强筋形式变化的影响规律。结果表明:研究有限长环肋圆柱壳振声性能时,两端边界简支边界是可取的;舱段截取对计算结果有较大的影响;改变舱壁形状对壳体振动均方速度级峰值影响较大;增加舱壁厚度和舱壁加筋对圆柱壳振声性能的影响要分频段考虑,总体来说对改善舱段振声性能有利。     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声，在其外壳上敷设气囊，形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计，将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗，分析了气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时低频声辐射的影响机理。分析表明，声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算了气囊圆柱壳的水下声辐射，结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射特性

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声,在其外壳上敷设气囊,形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计,将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗,分析气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时的低频声辐射的影响机理。分析表明,声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算气囊圆柱壳的水下声辐射,结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

壳间声桥刚度对双层圆柱壳声振耦合特性的影响

考虑实肋板的面内振动,建立了通过声桥耦合的双层圆柱壳声振模型,计算了双层圆柱壳在不同壳间连接刚度下的振声性能,分析了壳间声桥刚度对双层壳声振耦合特性的影响,得出了声桥耦合特性的主要控制频带.结果表明:壳间声桥刚度直接影响双层壳耦合方式;当实肋板刚度较大时,在低频,水层的耦合作用表现略强,在较高的频率范围,实肋板的耦合作用要大得多;当实肋板刚度较小,尤其是接近壳间流体的等效刚度时,壳间流体耦合作用较强,是主要的声传递通道,壳体辐射声功率较小,对减振降噪有利.在保证壳体刚度的情况下,尽量减小壳间连接刚度可有效降低壳体辐射噪声.