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.     

径向激励作用下有限长双层圆柱壳声振传递特性研究

文章利用Donnel壳体方程描述双层圆柱壳振动,以附加阻抗的形式表示环肋、实肋板以及水介质等对壳体的力作用,结合内外壳振动位移模态展开形式,建立了双层圆柱壳内外壳之间的声振传递矩阵。同时开展了双层圆柱壳外壳均方速度响应仿真分析,验证了双层圆柱壳内外壳振动响应之间存在固定的传递关系,不受激励源特性影响,为双层圆柱壳辐射噪声预估提供了一定的理论指导。     

一种非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能研究

引入圆柱壳圆截面内运动假设,利用模态法推导非均匀环肋圆柱壳模态机械阻抗解析式;通过模态机械阻抗控制法,围绕激励力位置设置阻抗增强肋骨,构造一种非均匀环肋圆柱壳;采用FEM/BEM法对该非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能进行研究,并通过模型振动试验与普通环肋圆柱壳进行对比分析。研究表明：通过增大环肋机械阻抗、合理地布置阻抗增强环肋位置构造的非均匀环肋圆柱壳,可有效降低结构振动响应和辐射噪声水平,具有较好的振声性能。     

弹性边界条件下的功能梯度圆柱壳振动特性研究

文章研究了功能梯度材料圆柱壳在弹性边界条件下的振动特性。在Flügge理论的基础上,基于波动法,采用改进傅里叶级数的计算方法建立FGM圆柱壳的振动特征方程,并推导出了弹性边界条件下FGM圆柱壳的固有频率参数表达式。通过与两端简支条件下的FGM圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中计算方法的正确性和有效性。通过算例,研究了在约束刚度不断变化过程中,FGM圆柱壳的固有频率在不同模态下的变化规律;分析了在弹性边界条件下,壳体尺寸、体积分数等因素对FGM圆柱壳固有频率的影响。     

弹性边界刚度对充液圆柱壳耦合频率的影响分析

研究了弹性边界刚度对充液圆柱壳的振动特性影响。基于Flügge理论并考虑流体的影响,根据波动法建立弹性边界条件下充液圆柱壳的耦合振动特征方程,采用一种改进傅里叶级数的计算方法得到弹性边界条件下的轴向波数,将求得的轴向波数代入耦合方程并利用牛顿迭代法求解方程得到耦合频率。通过与两种边界条件下充液圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。通过算例,分析了在边界约束刚度变化过程中,充液圆柱壳的耦合频率在不同轴向波数、壳体尺寸等因素下的变化规律。     

肋板与流体的耦合对水下双壳体声辐射的影响

以水下双层圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量、附加阻尼算法,计算各工况下分别忽略和考虑层间实肋板与内域流体耦合作用这2种情况下结构的振动与声辐射,并从均方法向速度级和辐射声功率级这2个方面分析讨论壳间肋板与内域流体耦合作用对水中双层圆柱壳振动与声辐射的影响。结果表明：壳间肋板与流体耦合作用对水下双层圆柱壳振动与声辐射影响很小。壳间肋板数量越多,厚度越薄,内壳半径越小,肋板与内域流体的耦合作用对结构的振动与声辐射的影响则越小。     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明:当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值分析

基于统计能量法(SEA)对力激励下的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能进行了数值分析,通过与解析法计算结果的对比,证明了利用统计能量法进行圆柱壳中、高频振动与声辐射研究的可行性.重点分析了双层圆柱壳的振动与声辐射性能,得到一些有价值的结论.最后,对比分析了在相同激励力下的单、双层圆柱壳的声辐射性能,双层圆柱壳的外场辐射声压比单层圆柱壳的小.     

加筋圆柱壳结构振动与辐射噪声关系分析

采用传递函数法和声传递矢量(ATV)得到了加筋圆柱壳从结构测点加速度到声场测点声压的声辐射传递函数,以及结构测点加速度到辐射声功率之间的传递函数。通过对两个加筋圆柱壳结构的振动与辐射噪声关系的数值分析,讨论了结构测点加速度与辐射噪声之间的相互关系,结果表明结构测点加速度与辐射声功率和辐射声压之间并非单调关系。     

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.     

圆柱壳结构振动功率流和主动力幅值的控制研究

以输入结构的总功率流和所需主动力幅值为控制目标函数,对输入圆柱壳结构振动功率流的主动控制进行了研究,并分析了几个重要参数对壳体结构振动功率流控制效果的影响.利用导纳函数求解结构响应,构造目标函数为二次型函数形式,利用哈密尔顿二次型最小值理论给出最优控制力前馈控制表达式.     

阻振质量对板平面弯曲波传播的阻抑

研究了无限板上受点激励时阻振质量对结构声传递的阻抑,采用基于能量观点的隔振度来定义阻振质量的阻抑作用.通过理论分析验证了隔振度简化公式的可行性.发现板平面弯曲波分别和阻振质量的弯曲波和扭转波达到最佳耦合时,平面弯曲波发生最大透射.算例分析和试验研究论证了理论分析的正确性,为阻振质量应用于结构声传递途径的控制提供了理论和试验基础.     

不同流场中双层圆柱壳层间声振传递特性研究

采用解析法研究了不同流场中双层圆柱壳层间声振传递特性。壳体的振动用Flügge壳体方程描述,将加强构件等价为对内外壳体的支持力,最后求解双壳体声—流体—结构耦合方程,计算结果用表面振动均方速度级、辐射声功率和辐射效率的形式表示。在数值分析部分,讨论了有限长双层圆柱壳壳间连接形式的变化、壳间及外部流场的变化对其声辐射性能的影响,得到结论是在中低频段,当内壳受激振动,通过外壳向外场辐射噪声时,其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板,其次才是环形流场中的流体介质。     

弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性分析

使用Gram-Schmidt正交化构造了满足圆柱壳自由边界条件的一组正交多项式,并以此为基函数构造圆柱壳的振动位移表达式;在此基础上,基于Sanders壳体理论,利用Rayleigh-Ritz法,提出了一种用于分析弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性的方法。利用该方法,求解了两端简支的正交加肋圆柱壳的自由振动固有频率,将其与文献结果对比,验证了文中方法的正确性;该文还分析了边界各方向约束刚度对正交加肋圆柱壳振动特性的影响。研究表明,本文的方法收敛性好,计算效率高,且可用于分析受经典边界约束的加肋壳振动特性,具有很强的通用性。     

内、外壳对水下双层圆柱壳声振性能影响分析

用解析法研究了三种壳间连接形式(无连接构件、托板或实肋板连接)的双层圆柱壳的内、外壳振动和声辐射性能的差别,并求出了以内壳为基准的双层壳声振性能的修正值。研究结果表明:内壳对双层壳的振动和声辐射起控制作用,外壳的影响可以用修正值来修正;壳间连接越紧密,外壳的影响越小(修正值越小),即外壳对实肋板连接的双壳体影响最小,对无连接构件的双壳体影响最大。     

齐次边界条件下圆柱壳的自由振动研究

基于Flügge弹性薄壳理论研究圆柱壳在齐次边界条件下的自由振动问题.圆柱壳的自振频率通过位移控制方程和边界条件控制方程联立求解获得.引入一般形式的位移函数之后,位移控制方程能够得到关于频率和波数的频散图,联合边界条件后转化为8阶矩阵行列式的零点求解.讨论自振频率点在频散曲线中的位置,给出纯虚数曲线分支的含义.还讨论精确解和常用梁方法的联系,研究振型在3个频率区域变化的情况.     

带框架肋骨的环肋圆柱壳的总体弹性屈曲

求解带肋圆柱壳屈曲压力的方法有很多,至今为止大部分人都把目光集中到了以电能量法来求解,因为用其它方法计算加强圆柱壳的屈曲压力是非常困难的.解决大圆柱壳大分舱结构的一个关键问题是求解带框架肋骨的环肋圆柱壳的总体屈曲.为此,提出一种计算带框架肋骨的环肋大圆柱壳总体弹性屈曲能量的方法.     

水下环肋功能梯度材料圆柱壳耦合振动的波动解

研究了考虑功能梯度材料的水下环肋圆柱壳耦合振动特性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论,采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程,运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的耦合频率值。经过退化计算,与已有文献的研究结果进行对比,验证了文中计算的正确性和有效性。通过算例,分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同静水压力、材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下耦合振动的变化规律,以及这些因素对耦合频率的影响。     

舵机非稳态激励识别及瞬态声辐射分析

当水下航行器利用舵机改变航向时,舵机的开启会产生很大的瞬态辐射噪声。因此,在舵机安装之前,有必要对舵机的源特性进行评估。文章基于某水下航行器的舵机振动测试试验,应用频域载荷识别中的最小二乘法方法和短时傅里叶变换的信号处理技术,对舵机操舵过程中舵机与试验台架连接的机脚点处的瞬态最大激励力和整体平均激励力分别进行了间接估算,并将估算结果的准确性和可行性进行了验证。考虑到加肋圆柱壳是水下航行器的基本结构形式,文中将估算的激励力结果作为辐射声计算的近似输入,以一个两端简支的加肋圆柱壳体作为水下航行器的一个舱段的计算模型,分别计算了舵机操舵过程中水下瞬态最大和整体平均辐射噪声的大小,提出了一种利用短时傅里叶变换信号处理技术来评估舵机水下瞬态辐射噪声的方法。     

Modeling and calculation of acoustic radiation of underwater stiffened cylindrical shells treated with local damping

Damping materials are widely used and playing an essential role in reducing the vibration and noise of various ships and underwater vehicles. In practical engineering, damping materials are often applied over the structural surface of ships and underwater vehicles. They are generally distributed not evenly in the whole area, but locally in some vital regions. The stiffened cylindrical shell is the most representative configuration for the main structure of underwater vehicles. Therefore, research on modeling and calculation of underwater acoustic radiation from stiffened cylindrical shells locally treated with damping has high practical value. This paper introduces a mixed analytical-numerical acoustic-vibration interaction method to achieve efficient calculation of the vibration and acoustic radiation from a locally damped cylindrical shell immersed in water. Two kinds of vibration and noise reduction measures are proposed for the damping treatment of a large-scale stiffened cylindrical shell structure. Calculation and analysis are carried out for both measures. The results can provide reference for developing the technology of reducing vibration and noise from ships and underwater vehicles via damping treatment.