材料损耗对结构噪声相似性的影响

声学相似性是水下结构噪声模型试验的基础上，本文研究模型和原型用同一种材料制作时损耗对相拟性的影响。以水中有奶长圆柱壳体为理论模型，用辐射声功率和辐射率作为表征量导出了相似律。理论分析和对尺寸比1：2：3的三个壳体的数值计算表明，若材料损耗与频率无关，损损耗不影响相似性，若材料损耗是频率的函数，则损耗破坏相似性。     

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.     

敷设阻尼材料对双层圆柱壳声辐射特性的影响

敷设阻尼材料是降低潜艇振动与辐射噪声的有效手段。采用统计能量法(SEA),研究了内、外壳分别敷设阻尼材料时双层圆柱壳的振动与声辐射特性,发现在耐压壳上敷设阻尼材料可以更有效地降低圆柱壳的辐射噪声。分析了阻尼材料的杨氏模量、损耗因子和阻尼层厚度对其降噪效果的影响规律,以及阻尼材料对3种不同结构形式圆柱壳的降噪效果。对于合理使用阻尼材料降低水下结构的振动与辐射噪声有一定参考作用。     

基于亮点模型的水下目标近程回波仿真研究

水下尺度目标回声特性是水声学中的一个重要研究方向。该文首先介绍了尺度目标近程回波的多亮点模型,采用板块元算法计算亮点的目标强度,同时结合面元的反射强度值和照射区域计算亮点位置,最后以一段圆柱体目标和一个简单形状的组合体目标为研究对象,进行了计算机仿真。仿真结果较好地体现了目标的回波结构,表明采用亮点模型模拟目标回波对于分析水下尺度目标的声学特性具有一定的应用价值。     

水下冲击波作用下大缩比异化模型的数值模拟

以双层加肋圆柱壳结构为模型,采用数值方法对结构在水下爆炸冲击载荷作用下的动响应相似性进行研究,在完全几何相似的条件下,在弹性范围内,应用相似规律可将模型实验的结果推广到原型。但由于所有构件尺寸都按同一比例作几何相似,尤其是大缩比时,将导致某些构件(如型材等)的尺寸过小,模型实际建造难以实现,为此,将相似模型作为基础标准形式,根据实际情况对模型进行一定程度的变异,并分别采用了材料等效法和摊板厚法对相似模型进行变异。研究结果表明:材料等效法能较好地通过变异模型反映相似模型结构振动响应特性,但不适合模拟相似模型结构的应力变化;摊板厚法简单易实施,但由于变异模型局部刚度与真实情况不同,将导致实验结果误差过大。     

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对 Pareto 最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。     

相似理论在水下爆炸冲击波载荷中的应用

以相似理论为基础,采用数值仿真试验的方法,探讨舰船结构遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的动响应相似性问题。以某型舰原型作为基准模型,根据实际工程需要对舰船进行缩比仿真试验。原型有限元模型与缩比试验有限元模型数值结果表明:通过试验模型可以准确预测原型结构遭受水下爆炸冲击波时的动响应特性,将几何相似律应用到水下爆炸冲击波载荷相似性研究中是可行的。     

利用缩比模型CFD数值模拟计算舰船舰面空气流场相似准数的影响探讨

舰载航空系统是现代舰船的重要组成部分,舰船空气流场对舰载机起降的安全性有明显的影响,因此,舰船空气流场特性研究对全船总体性能具有重要意义.目前,对舰船空气流场的研究方法主要有实船测量、模型试验及数值模拟等方法,利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行CFD数值模拟具有成本较低和周期较短的优点.缩比模型计算需要考虑相似性问题,文章针对此问题从缩比模型的采用、流场模型试验时相关的相似准数影响等方面加以讨论,其中还针对模型试验时不同雷诺数的影响进行了数值模拟计算.     

舰艇声特征逼真模拟技术方法探讨

本文在总结分析舰艇多源辐射噪声和空间声回波特性的基础上,研究提出了模拟舰艇多源辐射噪声和空间声回波特性的声学特征模型,重点探讨了模拟特征模型的工程实现方案和技术设计方法,其结果为逼真模拟声学目标的工程化研制打下了技术基础.     

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。     

一种水下目标回波模拟器的设计研究

宽带信号的目标回波携有的目标信息量大,混响背景相关性弱,有利于目标检测和特征提取.本文研究宽带水声信号目标回波特性,建立宽带多亮点目标回波模型,并进行了计算机仿真.设计开发了宽带多亮点目标的回波模拟器,该系统能对目标回波强度、多普勒效应、脉冲展宽等参数进行精确模拟,并且能实时完成对信号参数及信噪比的控制,具有实时性好、控制精度高、动态范围大和人机交互性强等特点,能较好地实现宽带多亮点回波的模拟.     

基于Kriging代理模型的水下目标模型几何参数识别方法

[目的]水下目标参数识别可为目标分类识别提供依据,为此,提出一种基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法。[方法]首先,对敷设声学覆盖层的水下目标模型在螺旋桨和主辅机激励情况下的结构表面低频振动声辐射与声辐射灵敏度进行分析;然后,基于分析结果建立低频声辐射功率代理模型,并基于该代理模型构造由低频声辐射响应特征和目标参数组成的样本空间;最后,基于所构建的样本空间,建立目标参数识别代理模型并选取测试点进行模型验证。[结果]结果显示,测试样本的实际目标参数值与所构建代理模型的目标参数预测值吻合良好;利用有限元法和边界元方法可以实现考虑阻尼材料频变特性的黏弹性阻尼结构的低频声辐射分析,并能解决商业软件无法大批量处理振动结果文件的问题;影响水下目标模型低频振动声辐射的主要目标参数为目标长度、最大半径、基层壳厚度和声学覆盖层厚度。[结论]基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法可以通过声辐射线谱特征准确预测水下目标模型的主要目标参数值。     

水下双层圆柱壳全频段声振特性研究

为研究水下双层圆柱壳结构全频段声振特性,基于VA-ONE建立了FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法3种不同的计算模型,进行了不同辐射介质中辐射声功率及外壳振速的计算,并进一步研究了内外壳及肋板厚度、约束条件、激励位置及层间流体对双层圆柱壳声辐射特性的影响;基于FE-BEM混合法研究了圆柱壳结构的声散射特性;研究了肋板在结构振动能量传递中的作用,提出了2种阻尼肋板的减振降噪方案并进行相关仿真分析。结果表明:重流体能够抑制结构的振动,但由于重流体声阻抗较大,结构的辐射声功率变大;结构声散射曲线在某些频率处出现峰值,且峰值频率与结构自身的固有特性有关;阻尼肋板能得到较好的减振降噪效果,工程上建议使用金属聚氨酯阻尼肋板。     

船舶声学建模和阻尼结构对舱室噪声影响研究

利用基于统计能量分析方法的商用软件AutoSEA2,对船舶结构进行三维声学建模.计算分析表明:在激励源所在舱室敷设阻尼材料,不会明显降低此舱室噪声,但对其它舱室有降噪作用,并且自由阻尼材料比约束阻尼材料效果更好;在非激励源舱室敷设阻尼材料,能起到降噪作用,并且约束阻尼材料比自由阻尼材料效果更好.而后探讨不同声学模型对船舶舱室噪声影响:空气噪声激励对激励所在舱室声腔子系统噪声响应影响显著,结构噪声激励则对远离激励的舱室声腔子系统影响比较明显;加筋板结构对船舶舱室降噪略有作用;船舶舱底是否加载压载油、水,对船舶舱室噪声无明显影响.     

加肋圆柱壳振动相似性试验研究

本文试验研究了三个加肋圆柱壳模型的振动相似性。结果表明，模型的无量纲频率ωl/√E/ρ和归一化振动加速度l^3ρa/F相似。模型设计和试验时。缩比因子λ1、谱级倍频程数K和频率移动的带数N应满足关系2^N／K＝λ1。     

水下双层圆柱壳全频段声振特性研究

为研究水下双层圆柱壳结构全频段声振特性,基于VA-ONE建立了FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法3种不同的计算模型,进行了不同辐射介质中辐射声功率及外壳振速的计算,并进一步研究了内外壳及肋板厚度、约束条件、激励位置及层间流体对双层圆柱壳声辐射特性的影响;基于FE-BEM混合法研究了圆柱壳结构的声散射特性;研究了肋板在结构振动能量传递中的作用,提出了2种阻尼肋板的减振降噪方案并进行相关仿真分析.结果表明:重流体能够抑制结构的振动,但由于重流体声阻抗较大,结构的辐射声功率变大;结构声散射曲线在某些频率处出现峰值,且峰值频率与结构自身的固有特性有关;阻尼肋板能得到较好的减振降噪效果,工程上建议使用金属聚氨酯阻尼肋板.     

组合参数对频变自由型垫高阻尼结构振动性能的影响

选择分数导数模型来拟合粘弹性材料的频变特性,通过Matlab与Ansys的相互调用,实现频变悬臂自由型垫高阻尼结构的仿真计算。利用模态应变能迭代法,分析附加层组合参数对系统振动特性的影响,讨论附加层厚度、附加层材料参量对前2阶模态频率和模态损耗因子的影响。分析结果表明：附加层厚度对系统阻尼特性的影响包括垫高层的增益以及阻尼层的耗能总量两方面的综合作用,附加层材料参量对系统阻尼特性的影响主要体现在垫高层弹性模量对阻尼层耗能水平的影响,而垫高层密度影响系统的附加质量,进而影响系统的模态频率,对于系统的模态损耗因子的影响很小。     

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。     

LFM目标回波信号的Duffing振子检测方法

主动声纳探测水下目标时,目标散射特性以及水声传播特性会对接收回波产生影响.针对水中沉底与掩埋目标探测时存在的混响干扰强、信混比低等问题,本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的变频Duffing振子检测方法.在发射LFM信号探测水下目标时,目标回波信号为多个LFM信号线性叠加的形式,不符合Duffing振子的单频检测条件.基于FRFT理论,提出了在最佳FRFT域上对LFM回波信号进行傅里叶逆变换的解调频方法.并根据亮点模型,推导了多亮点LFM回波信号解调频后的信号形式.由理论分析可知,解调频后的单频信号数量与亮点数量一致,频率大小与亮点时延及发射信号参数有关,为未知参量.针对解调频后频率及数量未知这一问题,提出了变频Duffing振子系统检测模型,通过改变系统内置策动力频率,自主地搜索单频信号信息,实现了低信混比下LFM目标回波信号的检测及亮点数量的估计.湖试沉底及海试掩埋实验数据处理结果验证了方法的有效性及可行性.     

深水静压载荷作用下多层夹芯结构相似特性分析

为深入研究大尺度多层夹芯厚板结构静压形变特征,基于量纲分析方法,进行深水静压载荷作用下多层夹芯结构相似特性分析,建立了缩比模型和原始模型的位移及应力应变之间的相似特征关系。通过具体算例分析,提出了表层弯曲刚度对相似特征的影响规律系数,即影响因子,开展了影响因子随模型缩比率的变化规律研究,并给出了影响因子的具体求解步骤。最后通过有限元仿真,对比了几种不同的模型缩比方案,结果验证了本文提出的模型缩比方案的合理性和优势。