有限长双层壳体声辐射理论及数值分析

研究流场中有限长加筋双层圆柱壳受径向点激励的振动和声辐射性能。壳体的振动用Fluegge壳体方程描述，将加强构件等价为对内外壳体的支持力，采用Helmholtz波动方程、壳体表面的边界条件和傅氏变换方法求解声压的表达式，然后将其引入壳体振动方程，最后求解双层壳体声-流体-结构耦合方程，计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。讨论了有限长单、双层壳体声辐射性能的差别以及双层壳体壳间连接形式和实肋板参数的变化对其声辐射性能的影响，得出结论：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。     

有限长双层加肋圆柱壳体的声辐射特性

考虑双层壳间环形实肋板之间的耦合作用,以及壳间水层、实肋板与内外壳体的耦合作用,建立了有限长双层加肋圆柱壳体的振动声辐射模型,数值分析激励力作用位置、肋板数目等对声辐射性能的影响.     

纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响

为研究纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DMAP混合编程处理流体附加质量和附加阻尼,计算在不考虑开孔加强结构的条件下,不同舱壁边缘开孔数量、半径及分布角度的圆柱壳表面均方法向速度级与辐射声功率级频响曲线。结果表明:舱壁边缘开孔分布角度对环肋圆柱壳湿表面均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值影响很小,但对两声学衡量指标的峰值数影响明显;边缘开孔数量、半径对两声学衡量指标的分贝值影响明显,且对峰值数影响显著。因此,在设计潜艇舱壁结构时,需合理设置边缘开孔参数。     

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。     

加肋有限圆柱壳体的边界条件对其振动和声辐射的影响

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,建立了加肋有限圆柱壳体的有限元模型,并采用该模型对十四种方案的水下振动和声辐射进行了分析,讨论了模型边界条件对其水下振动和声辐射的影响规律以及在采用舱段模型代替整艇模型进行噪声估算时中间舱段长度的选取原则。结果表明用一个舱段模拟整艇的动态特性容易造成低频整体模态振型的缺失,在舱段首阶弯曲振动的模态频率以上,采用舱段来预报整艇的表面振动和辐射声功率是可以接受的;当整艇艇长不超过中间舱段长度的两倍时,可以采用舱段模型代替整艇模型进行噪声估算。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

加肋圆柱壳舱段水下声辐射试验研究

根据模型与实艇舱段结构的声学相似关系，将模型测量的激振力、壳体加速度到水中辐射噪声的传递函数换算到实艇，利用这个传递函数可以根据实艇测量的激振力以及振动加速度预报艇体辐射噪声。采用通用程序进行了模型水下声辐射计算，将计算结果与测量结果进行对比，两者在I／3oct频带范围能够符合，但频谱结构差别仍然较大，这表明采用目前已有数值分析手段，可以对加肋圆柱壳舱段结构水下辐射噪声性能进行初步估算，要获得较准确的结果仍然需要进行模型试验。模型结构水下声辐射试验在水库中完成。     

不同激励力对环肋圆柱壳声辐射的影响

本文介绍了各种不同类型的激励作用在环肋圆柱壳上时的声辐射特性,比较了不同物质的激励和不同作用位置对环肋圆柱壳的声辐射性能的影响。所得结论可供从事潜艇动力设备的布置和减振隔振结构设计工作者参考。     

焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射影响研究

文章重点研究了焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射的影响。通过运用热弹塑性有限元法数值模拟环肋圆柱壳对接焊接过程,得到厚板环形焊缝的三维残余应力场和应变场,然后对含有残余应力的环肋圆柱壳动力特性进行研究,并运用有限元法和边界元法分析了低频激励下其水下声辐射的特点。研究结果表明焊接残余应力对环肋圆柱壳声辐射有较明显的影响,不仅使声辐射功率曲线和外场声压曲线向低频移动,而且使在大部分激励频率上含有焊接残余应力结构的声辐射功率和外场声压均大于无焊接残余应力结构。     

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。     

内部含基座的加筋双层壳振动与声辐射计算

研究内部含基座的加筋双层壳振动声辐射问题。壳体的振动方程用Fltigge壳体理论描述,壳体与基座结构通过接触面上离散的节点耦合,基座对壳体的振动传递力用有限元方法计算,然后将其引入壳体振动方程,最后求解双壳体声一流体一结构耦合方程,计算结果用辐射声功率和表面振动均方速度级的形式表示。结果表明：基座降低了壳体的振动及声辐射,增加基座面板厚度以及基座长度均能有效降低壳体的辐射噪声,这对水下结构的减振降噪设计具有重要的指导意义。     

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流体介质。     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

开孔平板水下振动及声辐射特性

采用有限元与间接边界元相结合的方法,以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象,开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先,计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中,开孔板的固有频率较无孔板低,随着开孔面积增大,大部分固有频率降低;在水中,由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量,开孔板的固有频率升高,且随开孔面积的增大,固有频率升高。然后,开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究,相同激励下,开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低,且随着开孔面积的增大,降低量增大,辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明,开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。     

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。     

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。     

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。