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。     

半无限基衬上功能梯度材料层结构声学性能研究

基于回传射线矩阵法,研究了平面声波入射下半无限弹性基衬上功能梯度材料层的水下声学性能。将功能梯度材料层沿厚度方向上分层,各子层视为均匀材料,并推导了流-固界面处及功能梯度层与基衬界面处的声波局部散射矩阵及各分层的相位偏移矩阵,然后组装得到关于各分层材料波幅的总体矩阵方程,最终求解功能梯度材料层的反射系数及吸声系数。通过数值计算分析了材料参数沿厚度指数型式变化的功能梯度材料层的材料梯度、入射角、基衬材料参数等因素对吸声系数的影响规律。分析结果表明半无限介质上的功能梯度材料层结构实现了由表层材料向基衬材料参数的渐变,对中高频声波具有较宽频的吸声性能;弹性基衬材料主要影响功能梯度层结构的低频吸声性能,基衬材料的特性阻抗与水越接近有利于提高低频段吸声性能。     

基于Zig-Zag模型夹层板平面波作用下声传输特性研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上下面板和芯体建立了3个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上板在简谐平面声波斜入射情况下声传输的计算模型.根据推导的模型编制计算机程序,针对典型结构较为详细地研究分析了芯板材料参数和厚度变化对结构动力特性的影响,并研究分析了夹层板芯层材料、芯层厚度和平面声波入射角度对传声损失的影响.     

基于Zig-Zag模型夹层板振动与声传输特性数值模拟研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上、下面板和芯体建立了三个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上夹层板声传输的计算模型.通过推导的模型编制计算机程序,针对典型结构研究分析了芯板材料参数和厚度的变化对结构的动力特性的影响,并研究分析了在平面声波入射和混响声场入射情况下夹层板芯层材料参数、芯层厚度的变化对传声损失的影响.数值计算结果揭示了夹层板的动力特性和传声特性,对改善夹层板的力学和声学特性提供依据,对夹层板的设计有一定的指导意义.     

阻尼复合结构阻尼性能的研究与优化

制备了多层粘弹阻尼复合结构,研究了结构布置形式变化及各层厚度变化对多层粘弹阻尼复合结构阻尼性能的影响,并利用遗传算法对阻尼复合结构阻尼性能进行优化设计.     

管路结构振动能量传递规律研究

为研究管路系统中振动能量的传递规律,建立了2根半无限长管道结构的纵弯耦合振动模型,基于波分析法,分别研究了2根管道在各类不同的连接边界条件下,弯曲波振动传递规律。引入无量纲系数,简化方程组,推导出弯曲波入射时在不同边界条件下的反射及透射系数。通过数值分析得到了弯曲波入射条件下,参数变化对振动能量传递规律的影响,研究结果表明两管连接刚度主要影响高频振动,两管夹角主要影响低频振动,扭转刚度会使振动能量曲线产生波谷,且当扭转刚度值较低时,对低频振动影响较大,计算结果对管路结构在不同工况下连接参数的选择具有指导作用。     

多转角结构中转角处附加的阻振质量对结构波传递的抑制

应用波分析法研究在由平板构成的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的-些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的-阶共振频率处的传递损失. 的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的-些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的 阶共振频率处的传递损失. 的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的-些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的 阶共振频率处的传递损失. 的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的一些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的     

船舶阻抗失配基座对平面弯曲波传递的阻抑特性

研究了船舶阻抗失配基座对平面弯曲波传递的阻抑特性.基于波动理论,根据不均质结构中波型转换、阻抗特性,推导并给出了振动波入射不同连接形式的船舶基座结构的透声系数及隔声量公式,归纳了隔振性能随基座板架厚度比及频率变化规律,讨论了基座连接结构处板架固定方式对隔振性能的影响.在理论分析基础上,构造含阻振质量的阻抗失配基座.数值结果表明阻抗失配基座显著增大了基座的输入机械阻抗,加剧了振动波在船体板架中的波形转换、散射和反射,显著提高了舰船基座结构的隔振效果.     

垂直入射时覆盖薄吸声涂层的高频反射特性分析

涂层隐身是水下目标声隐身的一个主要方法.针对水雷的特点,本文研究了水下目标覆盖薄吸声涂层的高频反射特性.根据垂直入射时多层介质的声传播理论,利用多层均匀复合结构的传递矩阵,研究了水中多层结构的高频反射特性,通过Matlab编程仿真了高频下覆盖薄吸声涂层时吸声涂层的厚度,杨氏模量,损耗因子对反射系数的影响.最后对吸声涂层的厚度对反射系数的影响进行了试验研究.结果表明,在高频范围目标表面覆盖薄吸声涂层可以有效减小目标回波信号强度,提高其声隐身能力.     

排气消声器声学性能计算

为了考查三维波对消声器声学性能的影响，分别使用一维和三维方法计算消声器的传递损失，并同现有的实验结果进行比较。结果表明，一维理论只适用于截止频率以下的低频计算，而三维有限元法能准确计算任意频率下消声器的声学性能。     

内覆防水吸声层的海水消声器声学性能计算

对内部进行了防水吸声处理的海水消声器进行了声学计算,提出了分析此类问题的数值仿真方法：首先运用分层媒质理论对含空腔防水吸声层的声学性能进行计算,利用ANSYS建立海水消声器的三维有限元模型,导入SYSNOISE软件中并将防水吸声层的吸声系数及表面声阻抗作为边界阻抗计算消声器内部声场的声压分布以及传递损失。对某内覆防水吸声层的海水消声器的声学特性进行了数值计算和分析,研究结果对提高含防水吸声结构海水消声器的降噪效果具有重要意义。     

声激励下板柱组合结构水下近场声学特性研究

为研究船舶声纳平台区域的声学环境,基于数值方法研究了声波激励下板柱组合结构的水下近场声学特性,并讨论了声波频率及声波入射角度对板柱组合结构声场的影响.结果表明,板柱组合结构内部的声场分布较为复杂.声波频率较低时,板柱组合结构内部声场分布较为均匀;声波频率逐渐提高时,板柱组合结构内部将逐渐出现明显的声压加强区和减弱区;声波入射角度对声场加强区和减弱区的大小及出现位置也有较大影响.     

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。     

气幕式防波堤消波性能试验研究

本文通过在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的波浪水槽中进行的规则波物理模型试验,探讨了气幕式防波堤的消波机理及其影响因素.对不同入射波浪周期,供气量,气幕式防波堤的孔管型式等因素影响下气幕式防波堤消波性能的试验结果进行了分析和比较,分别给出了各因素影响下气幕式防波堤的透射系数以及反射系数的关系曲线.试验研究的结果表明,气幕式防波堤对短周期的入射波浪具有较好的消波效果.     

吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的试验研究

为考察吸声尖劈对船舶声纳平台水下声学环境的影响,开展了吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的模型试验研究。通过对板柱组合结构0%、36%、60%、100%敷设吸声尖劈材料,在声波以0°、90°、180°方向入射板柱组合结构时,研究了尖劈敷设方式、声波入射角度对板柱组合结构水下声场及散射声场的影响,得到了不同工况下板柱组合结构典型部位的声场分布。研究表明:吸声尖劈可明显改变板柱组合结构的声场分布,降低板柱组合结构的自噪声;但其抑制效果随考核位置、声波频率、敷设密度的不同而各有变化。     

孤立波与直立透空防波堤相互作用的解析研究

在一定条件下浅水波可能以孤立波形态与近岸防波堤发生相互作用。针对这一现象,应用特征函数展开法,推导了斜入射孤立波作用下有限厚度直立透空防波堤的反射与透射波浪场的解析积分解,并据此计算了作用于防波堤的孤立波波浪力以及孤立波反射与透射波面,相关结果具有一定的理论与实用价值。计算结果表明:孤立波入射角、海况条件、防波堤表面透空系数以及孤立波特征参数等因素变化对波浪作用均有一定影响。与相同浅水条件下的Airy微幅波理论结果相比,孤立波理论对波浪载荷与最大波面的预测值明显更大,反映了浅水波的非线性效应,同时说明在一定的浅水条件下采用孤立波模型将更为合理可靠。     

潜堤掩护水域波浪计算方法

采用波浪断面物理模型试验和数学模型耦合的方法,研究了抛石潜堤后方掩护水域的波浪计算方法。潜堤后方掩护水域波高由潜堤越浪后的再生波、潜堤间口门绕射波和小风区浪组成,其主要影响因素有潜堤结构形式、入射波浪要素、风区长度等。采用耦合模型,根据物理模型试验的结果,验证数模计算成果,考虑了越浪波高传递的沿程衰减,波浪相互作用时的能量损耗等因素,通过调整波浪破碎指标和波浪能量耗散参数,直接计算堤前设计波浪要素,计算结果更符合实际,为工程设计提供科学依据。     

含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究

本文通过对含厚度方向不同位置椭圆分层层合板结构动力分析,讨论平面声波激励对结构动力响应特性的影响,基于分层损伤结构变形特点,将含损伤层合板的基板和上下子板采用Mindlin板单元离散,而分层损伤区以虚拟连接单元模拟,根据耗散能的计算确定结构的模态阻尼特征,建立含损伤层合板的振动响应函数的有限元分析方法,用算例验证模型的可信性,在0-1000Hz范围内,计算了含厚度方向不同位置椭圆分层损伤层合板结构的固有频率、模态阻尼和幅频响应与相频响应,依据计算结果分析了分层损伤对动力特性的影响,有益于进一步对分层损伤建立识别模式.     

加筋板结构声传输研究

采用有限元法和Rayleigh积分建立了空气中嵌在无限大刚性障板上加筋板结构在简谐平面声波斜入射情况下的声传输计算模型。并研究分析了加筋板结构的板厚、肋骨惯性矩和间距、边界条件、板材和平面声波入射角度等对结构传声损失的影响以及平面声波入射角度与隔声低谷的关系。得到了一些有意义的结论。从而为揭示加筋板结构声传输特性，改善结构的隔声性能提供了一定的依据。     

水下扁平阻抗结构衍射声场建模与计算

运用一致性几何衍射理论对水下扁平阻抗结构的衍射声场计算进行了理论建模与分析,并通过数值仿真讨论分析了水下扁平结构衍射声场分布与不同衍射类型、收发方式、结构表面阻抗特性、入射声波性质等几何特性和声学特性间的影响关系.其中,首次考虑了尖端衍射贡献影响,并重点分析了尖端衍射和结构表面阻抗特性在不同条件下对总的衍射声场作用规律和影响程度等.最后为验证上述理论模型和计算方法的正确性和可靠性,还与水下钢板散射声场分布实验测试结果进行了对比分析.研究结果表明:(1)考虑尖端衍射贡献影响使得上述模型更加完整,计算精度得到有效提高,且尖端衍射影响程度与入射声波频率、收发张角、结构表面阻抗特性以及声源、接收场点和结构的空间相对几何位置等因素有关;(2)结构两侧表面阻抗特性的影响规律和程度存在差异.其中,面向声源一侧的结构表面复反射系数幅值和背向声源一侧结构表面的复反射系数相角对结构衍射声场分布强度的影响尤为明显.这些对水下目标强度估计、自由场材料声学测试和衍射效应抑制技术研究等具有理论指导意义和工程应用价值.