隔声去耦瓦声学性能有限元及实验研究

从微观和宏观两个方面对隔声去耦瓦的声学性能进行了研究。首先基于有限元法，当声波斜入射时，对空腔周期分布的隔声去耦瓦敷设在钢板上及位于水中的声学性能进行了数值计算；然后通过模型实验手段，以一个大尺度双层圆柱结构为实验模型研究了隔声去耦瓦对双层圆柱壳水下声辐射的影响，实验设计了全部敷设、部分敷设、不敷设等工况。结果表明：钢板背衬时，含圆柱型空腔的隔声去耦瓦随着入射角度的增大，共振频率保持不变，在中高频段，隔声去耦瓦对垂直入射的声波吸收性能最佳；当隔声去耦瓦为水背衬时，随着入射角变大，含圆柱腔隔声去耦瓦声反射增强，透射减弱；对于单点机械激振，隔声去耦瓦能有效抑制双层圆柱壳中高频段的振动及声辐射，且内外壳全敷设隔声去耦瓦后对抑制壳体的声辐射最为有效；而对于声源激励，隔声去耦瓦在整个频段上都有较明显的降低辐射噪声的作用。     

部分敷设隔声去耦瓦的双层壳声学特性研究

通过物理实验研究双层圆柱壳部分敷设隔声去耦瓦时结构的声学性能,基于有限元法和边界元法,讨论部分敷设隔声去耦瓦以及敷设部位对结构声辐射性能的影响,结果表明:部分敷设对结构整体降噪效果并不明显,如果要减小结构的辐射,在条件允许的情况下应尽量选择全部敷设;不同的敷设部位"阻隔"声辐射的效果是比较明显的,但对振动的影响没有明显规律,结构的振动响应与隔声去耦瓦和结构形式的关系都比较密切,而并不是仅与隔声去耦瓦的敷设部位有关。     

隔声去耦瓦抗冲击性能数值研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法。但由于隔声去耦瓦含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这必然会对水下航行器的抗冲击性能产生影响。基于有限元法,通过改变敷设在结构表面的隔声去耦瓦性能参数（包括空腔结构形式、空腔尺寸及材料厚度等）,采用ABAQUS大型非线性动力学分析软件,对隔声去耦瓦空腔结构变形与冲击波能量吸收之间的关系进行了研究,得到了隔声去耦覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,并在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计建议。结果表明在声学覆盖层满足结构减振降噪要求情况下,建议尽量减小声学覆盖层的腔体形状。     

变厚度薄膜型声学超材料单胞的隔声性能数值研究

在船舶舱室中,结构振动引起的噪声有着低频、宽带的特点。常规的低频噪声,其隔声控制受到质量定律的约束,需要更为质密宽厚的材料。而基于一定设计的薄膜型声学超材料是一种单胞在几何尺寸上远小于声波波长的周期性材料,可以在某些低频频段下实现完全隔声。以往研究多讨论了等厚度的薄膜,对表面形状也呈周期性变化的变厚度薄膜研究甚少。本文利用商用有限元软件Ansys和Virtual. Lab Acoustic数值计算变厚度薄膜型声学超材料单胞的工作频率,并模拟单胞的驻波管实验。研究了变厚度薄膜型声学超材料单胞隔声性能随结构参数(包括质量块质量、薄膜厚度以及薄膜张力)的变化规律,为薄膜型声学超材料在船舶降噪方面的设计与应用提供参考依据。     

水下加筋圆柱壳体的振动与近场声辐射研究

从实验和理论计算两个方面，对敷有隔声去耦材料的水下加筋圆柱壳体振动和声辐射进行讨论分析。实验分为三种工况：双壳全部敷设、双壳60％敷设和双壳不敷设隔声去耦材料，实验结果数据包括模型的振动加速度和辐射声压。理论计算采用有限元结合边界元技术计算模型的低频特性，采用统计能量分析计算模型的中高频特性。通过对实验和计算结果的对比分析，证明隔声去耦材料在200Hz以上能明显减小结构振动和降低辐射噪声。另外，还发现有限元结合边界元的计算结果只在700Hz以下与试验结果吻合较好，这说明传统的FEM＋BEM和统计能量分析在计算复杂结构声振耦合系统时的适用频率范围是不同的，前者适合低频问题，后者适合中高频问题，它们具有互补性。     

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型.对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式.数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响.研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB.外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右.     

基于统计能量法研究肋骨对双层圆柱壳声辐射特性的影响

[目的]潜艇的主要结构形式是环肋圆柱壳,目前关于肋骨对圆柱壳声辐射特性影响的研究大多集中在中、低频,但是振动声学问题涉及到更宽的频率范围。[方法]采用统计能量法研究宽频范围内肋骨对圆柱壳声辐射特性的影响。首先,分析圆柱壳增加肋骨后统计能量参数的变化;然后,研究耐压壳、外壳分别增加肋骨、改变肋骨间距、改变肋骨形状对圆柱壳声辐射特性的影响;最后,分析激振力作用在不同位置时,环肋圆柱壳声辐射特性的差异。[结果]得到了肋骨影响下双层圆柱壳在500 Hz～100 kHz范围内的统计能量参数和辐射噪声变化规律。[结论]研究结果对合理选用肋骨降低潜艇的振动与辐射噪声有一定参考作用。     

声学材料表面铺层对船舶舱室噪声影响研究

针对船舶舱室噪声控制问题,开展声学材料表面铺层对船舶舱室噪声控制效果的影响研究。首先,基于传递矩阵方法建立声学材料微观声学性能分析模型,分析典型舾装声学材料吸隔声性能参数,并将理论计算结果与阻抗管试验值进行了对比,验证理论分析方法的有效性;其次,基于本文方法开展不同表面铺层对声学材料微观声学性能的影响研究,总结船舶舾装声学材料不同表面铺层吸隔声特性规律。最后,以某船舶实尺度舱室噪声测试值为基准,采用统计能量法探究考虑声学材料表面铺层与否对船舶舱室噪声的影响。研究表明,传递矩阵法可用于船舶舾装声学材料微观声学性能分析,表面铺层的存在将改变声学材料微观声学性能,并进一步影响船舶舱室噪声控制水平。     

不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

复合隔声结构声学性能研究综述

复合隔声结构在船舶舱室壁板、船舶海洋平台舾装和机械设备等隔声领域应用广泛,文章对复合隔声结构的理论模型相关研究文献进行了总结,综述了包括复合层合板、多层板腔、阻尼材料、声学超材料及结构、吸声材料及结构等复合隔声结构的声学性能与应用,同等面密度的复合隔声结构与传统隔声结构的隔声量相比可提高4 dB以上。与此同时,展望了复合隔声结构的发展趋势和技术难点,为复合隔声结构设计和相关性能的研究及应用提供了参考。     

敷设声学覆盖层的标准潜艇低频目标强度分析

敷设声学覆盖层可以吸收入射声波并降低辐射噪声,是声隐身的常用手段。采用耦合有限元方法分析敷设声学覆盖层的标准潜艇收发合置低频目标强度,包括单壳体模型和双壳体模型。首先,建立声-壳-结构耦合有限元模型,并验证了模型的准确性。其次,分析了单壳体标准潜艇的目标强度,结果表明敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性,在某些频率点或入射角度,敷设声学覆盖层时的目标强度甚至比未敷设时更大。此外统计表明,敷设声学覆盖层可以略微降低平均目标强度。最后,分析了双壳体标准潜艇的目标强度,结果表明外壳敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性并且略微降低平均目标强度,而在此基础上再增加内壳声学覆盖层则几乎没有效果。     

不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

敷设声学覆盖层的水下航行体低频目标强度分析

水下航行体常采用声学覆盖层降低自身的目标强度,提高隐蔽性。采用耦合有限元方法,分析敷设声学覆盖层的水下航行体的低频目标强度。分别计算了艏部方向和正横方向入射的双壳体标准潜艇模型的目标强度,其中外壳和内壳均敷设声学覆盖层,并且和未敷设声学覆盖层的模型进行对比分析。结果表明,对于艏部方向,声学覆盖层能明显降低目标强度;而对于正横方向,声学覆盖层不能有效降低目标强度。此外,声学覆盖层除了能降低目标强度外,还会改变目标强度的起伏特性。     

基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化

[目的]为解决传统声学包设计法耗时、耗资高的问题,[方法]利用有限元—统计能量(FE-SEA)数值混响室法在全频段进行声学包的设计与优化。设计空气层声学包及无空气层声学包这2种类型共8种声学包,计算其隔声量。采用遗传算法,以达到最大隔声量值为目标对每一种声学包的材料层厚度进行优化。[结果]研究表明,有空气层存在的声学包的隔声量值较无空气层声学包的高2~6 dB,且与原始设计相比,优化后的声学包的隔声性能得到大幅提高。[结论]所得研究成果对实际工程中船舶声学包设计有重要的指导价值。     

声隐身超材料发展综述

随着声呐技术逐步实现低频探测等特点,声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料,可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性,探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比,声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声,牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。     

敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题：其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明：加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。     

分舱形式对圆柱壳结构声学性能影响研究

为研究舱壁布置形式对圆柱壳结构声学性能的影规律,文章应用有限元方法对等间距与不等间距分舱圆柱壳模型的振动响应进行了计算,以此为输入可计算获得壳体的均方法向速度级声学传递函数,并在典型频率处应用波数谱分析方法将壳体空间域振动场转换到波数域上,对壳体的振动进行波形分离与量化,分析获得了舱壁等间距布置与不等间距布置圆柱壳在典型激励下的结构声学性能,并解释其机理.研究表明:对垂向激励,圆柱壳不等间距分舱相比等间距分舱具有较好的结构声学性能,但对轴向激励,两者区别不明显.若将不等间距分舱与局部结构补强措施相结合,则可使得圆柱壳在两典型工况下均能获得更优的结构声学性能.     

分舱形式对圆柱壳结构声学性能影响研究（英文）

为研究舱壁布置形式对圆柱壳结构声学性能的影规律,文章应用有限元方法对等间距与不等间距分舱圆柱壳模型的振动响应进行了计算,以此为输入可计算获得壳体的均方法向速度级声学传递函数,并在典型频率处应用波数谱分析方法将壳体空间域振动场转换到波数域上,对壳体的振动进行波形分离与量化,分析获得了舱壁等间距布置与不等间距布置圆柱壳在典型激励下的结构声学性能,并解释其机理。研究表明:对垂向激励,圆柱壳不等间距分舱相比等间距分舱具有较好的结构声学性能,但对轴向激励,两者区别不明显。若将不等间距分舱与局部结构补强措施相结合,则可使得圆柱壳在两典型工况下均能获得更优的结构声学性能。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。     

参量阵在航海仪器上的应用

本文试从非线性声学理论着手,讨论了参量阵所具有的低频高指向以及宽频带等特性。根据航海中现存的两个问题,指出参量阵在这方面的应用前景。