基于波传播分析的水下粘弹性复合圆柱壳振动功率流研究

采用波传播分析方法,讨论了外部敷设粘弹性自由阻尼材料的无限长圆柱壳在流场中受径向简谐激励的振动功率流.用复模量形式计及粘弹性阻尼的损耗因子,研究了自由阻尼圆柱壳在外激励作用下的输入功率流和沿壳体传播的功率流.结果表明粘弹性阻尼层可以明显降低激振力输入壳体的功率流,加快振动波在结构内的衰减,为潜艇结构和水下各种管道的减振降噪提供了一定的理论参考.     

损伤圆柱壳的振动功率流特性研究

研究了含有环向表面裂纹损伤的无限长圆柱壳中的波传播和振动功率流特性.用Flügge方程来描述圆柱壳的振动.对于裂纹损伤圆柱壳,运用断裂力学的理论,考虑到裂纹的张开、滑移和剪切三种状态建立了裂纹区域的局部柔度矩阵,得到由此引起的附加广义位移和壳体中内力之间的关系.根据裂纹两侧区域的位移和内力的连续性条件得到了四支反射波和四支透射波的幅值,继而求得壳体中各内力传播的功率流.分析了透射功率流、反射功率流与激励频率和裂纹尺寸之间的联系.文中的研究为基于振动功率流方法识别圆柱壳表面损伤提供了理论基础.     

部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳声辐射计算方法研究

利用模态展开技术和Green函数法研究了部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳在流场中的声辐射特性.环肋圆柱壳两端简支,并连有无限长的刚性圆柱障板;阻尼层用无质量的粘弹性弹簧模拟.在环肋圆柱壳的模态运动方程中,外声场、阻尼覆盖层和环肋之间存在复杂的模态耦合效应.文中计算了有限长环肋圆柱壳在水下的辐射声功率和振动均方速度,分析了阻尼层覆盖面积、阻尼层刚度、环肋等对其水下声辐射的影响.     

流场中周期加肋圆柱壳振动能量流的实验研究

设计了周期加肋圆柱壳结构模型,对加肋圆柱壳受激振动的能量流进行了实验研究.分别对空气中和水下的周期加肋圆柱壳受外激励的输入能量流进行了测量.发现由于外流场的影响,水下输入能量流值总体要比空气中输入能量流值稍低,在频率相对较低时,理论结果和实验结果较为吻合,随着频率增高,由于杨氏模量和阻尼因子的变化,理论结果稍偏大.验证了理论推导和计算方法的正确性,可为此类结构的减振降噪设计提供参考.     

圆柱壳体中振动功率流

本文研究了圆柱壳中振动功率流,分析了在不同周向波数和频率下,外载荷传递给圆柱壳中的功率流及功率流在壳体中的传播特性。理论分析表明,可以根据各内力功率流的比例来定量地确定壳体中不同波传播的成份。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型.管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的...     

粘弹加筋层合圆柱壳的阻尼振动和层间应力

应用分层壳理论并在壳厚方向采用二次插值函数推导出粘一弹加筋层合圆柱壳的动力学方程，并得出简支粘弹加筋层合圆柱壳阻尼振动的解。对粘弹层合圆柱壳，所给出的振动频率和结构损耗因子与A．Okazaki的结果吻合良好。分别计算了粘弹加筋层合圆柱壳对应的低阶频率、结构损耗因子和层间横向应力幅值，并分析了粘弹性材料的影响。结果表明，很高的层间横向应力是低频振动中引起粘弹层合圆柱壳分层破坏的主要因素，而采用适当模量的粘弹性阻尼材料将有效地降低层间横向应力的幅值，特别是层间法向正应力的幅值。     

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。     

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.     

环状粘弹层合悬臂薄壁圆柱壳的振动特性研究

文章采用传递矩阵法分析了悬臂边界条件下环状局部覆盖粘弹层合薄壁圆柱壳的振动特性。基于乐甫薄壳理论,结合粘弹性阻尼的变形协调关系和层间作用力关系,建立了基层和约束层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程,利用传递矩阵法推导了结构的整体传递矩阵,并通过高精度的精细积分方法进行求解,得到了固有频率、损耗因子和三维振型,探讨了约束阻尼层位置变化时对振动特性的影响,并通过有限元法进行了比较,通过算例验证了传递矩阵法对模态特性分析的有效性,前25阶模态以周向振动为主,最低阶固有频率对应的三维模态振型为(1,5),并且在悬臂端的振动位移最大,约束阻尼层覆盖位置对薄壁圆柱壳振动特性的影响较大。     

流场中任意厚度阻尼复合圆柱壳的声辐射(英文)

The insertion loss of acoustic radiation of damped cylindrical shell described by 3-D elasticity Navier equations under radial harmonic applied load in fluid is presented. The classical integral transform technique, potential theory and Lamè resolution are used to derive the solutions of Navier equations. The higher precision inversion computation is introduced to solve the linear equations. Comparing with acoustic radiation of one-layer cylindrical shell, the influence of thickness, mass density, dilatational wave loss factor and Young's modulus of damping material and circumferential mode number of the cylindrical shell on the insertion loss is concluded. The theoretical model in the paper can be used to deal with the arbitrary thickness and any frequency of the coated layer in dynamic problem. The conclusions may be of theoretical reference to the application of damping material to noise and vibration control of submarines and underwater pipes.     

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。     

自由层阻尼环肋柱壳在流场中的稳态响应

本文采用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论，讨论了敷设粘弹性自由层阻尼材料的环肋柱壳在流场中受到径向周期性激励的稳态响应。用复模量形式计及基壳和粘生阻尼材料的预耗因子以及流 固耦合作用。讨论了粘弹性阻尼材料的物理参数，厚度，敷设方式和水深环肋柱壳稳态响应的影响，得出了一些有实用价值的结论，对潜艇结构减振降噪有一定的参考价值。     

外层蒙皮加强充水气囊圆柱壳的声辐射

为降低充水加肋圆柱壳受内部点声源激励时的辐射噪声,在其外表面整体敷设了气囊式声学覆盖层.气囊式声学覆盖层由内外层橡胶蒙皮与内部充入的气体组成,并在外层蒙皮中嵌入一层较薄的铝质芯板或在外层蒙皮中嵌入等间距的钢丝环.采用声无限元法,计算敷设气囊式声学覆盖层的充水圆柱壳的水下辐射噪声,结果表明采用铝板加强外层蒙皮的气囊式声学覆盖层可以降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声,而采用钢丝环加强外层蒙皮则不能够降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声.     

The similitude research on underwater complex shell-structure based on SEA

In this paper, the vibration and sound radiation of the underwater complex shell-structure which is the cylindrical shell with hemi-spherical shell on the ends are studied by statistical energy analysis (SEA). The whole shell-structure is divided into the four subsystems, and the SEA physical model and power flow balance equations among these subsystems are established. The similitude relations of input power, coupling loss factor and modal density of the subsystems between the complex shell-structure and its scaled-down model are analyzed. According to the similitude theory and power flow balance equations, when the immerged shell-structures are excited, the similar relations of spatially averaged vibration response and underwater radiating sound power are established for the complex shell-structure and its scaled-down model.     

运用弹性理论研究有限长圆柱壳声辐射的一个通用方法(英文)

A general method was proposed to study the sound and vibration of a finite cylindrical shell with elastic theory.This method was developed through comprehensive analysis of the uncoupled Helmholtz equation obtained by the decomposition of elastic equations and the structure of the solution of a finite cylindrical shell analyzed by thin shell theory.The proposed method is theoretically suitable for arbitrary thickness of the shell and any frequency.Also,the results obtained through the method can be used to determine the range of application of the thin shell theory.Furthermore,the proposed method can deal with the problems limited by the thin shell theory.Additionally,the method can be suitable for several types of complex cylindrical shell such as the ring-stiffened cylindrical shell,damped cylindrical shell,and double cylindrical shell.     

敷设阻尼材料的圆柱壳声辐射性能实验分析

对有限长的敷设阻尼材料的加筋双层圆柱壳进行振动和声辐射实验,测量壳体的结构响应和水中的辐射声压。对全部敷设隔声去耦材料、内壳全部敷设隔声去耦材料、外壳全部敷设以及外壳部分敷设四种工况下的近场声压进行对比,分析单频激振时内外壳体的振动特性,表明托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射很有效。     

基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析

基于径向形函数可任意变阶的映射声无限元法,对加筋双层圆柱壳的振动声辐射特性进行分析.取无限长圆柱壳体为研究对象,基于映射声无限元法,通过数值计算法对其辐射声场进行研究分析;并将其数值结果与解析解进行对比分析,结果显示二者吻合较好,验证了本文方法的可行性,同时发现此方法具有计算精度好、效率高等优点.在此研究基础上,基于映射变阶声无限元法,对加筋双层圆柱壳的内壳振动特性和远场声辐射特性进行分析,分别讨论内外壳厚度、型材尺寸和托板厚度对加筋双层圆柱壳内壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响,其分析结果表明,内壳厚度结构参数对其内表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响最明显.     

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.