基于充水金属球壳的吸声覆盖层声学特性研究

为改善低频吸声性能,提出一种基于充水金属球壳的吸声覆盖层结构,并利用有限元方法对其吸声特性开展数值仿真分析。结果表明:充水球壳的引入能改善原有橡胶基层的吸声性能;通过多个不同几何参数的球壳组合,吸声覆盖层的低频性能得到显著提升;球壳中的弹性球应采用模量较大的橡胶材料制备,否则在静水压强下,吸声覆盖层无法保持原有性能;吸声覆盖层的吸声机理由低频时弹性球的共振、中高频时组合结构耦合共振引起的基体材料形变、耦合共振对声波散射作用增强3部分构成。     

水介质弹性共振腔的中低频吸声特性研究（英文）

文章以降低声呐罩自噪声为背景,将声呐罩简化为矩形声腔,建立了弹性共振腔阵列及声学覆盖层与矩形声腔的声振耦合模型;计算分析了弹性共振腔构型参数对声腔中低频声场控制效果的影响,进而提出能够有效扩展中低频吸声效果的格栅式弹性共振腔;通过试验验证了弹性共振腔的吸声效果,并计算分析了弹性共振腔阵列和声学覆盖层组合作用的宽频带吸声效果;在100～2 000 Hz的中低频段内矩形声腔取得了3～10 dB的吸声效果。     

空腔尖劈结构吸声性能的实验研究

对尖劈结构的吸声性能进行了实验测试,进而研究了含空腔尖劈吸声结构的吸声性能。根据变截面波导理论建立的吸声系数方程,计算了尖劈结构的吸声系数,讨论了尖劈结构吸声性能随频率、静水压力及空腔结构的变化规律,并将计算值与实验值进行了对比。研究结果表明:随着静水压力的增大,尖劈结构吸声系数曲线的形状基本不变,但其数值有所下降;同种材料不同空腔类型尖劈结构的吸声性能差别较大,在低频段尤为明显,而对于同种腔型尖劈结构,其吸声性能则主要由空腔尺寸决定;对于含空腔尖劈吸声结构,增大空腔尺寸可以使尖劈空腔共振加强而提高其低频吸声效果,但空腔尺寸过大反而会影响尖劈结构的整体吸声效果,这对水下尖劈吸声结构的设计及其在实艇减振降噪中的应用具有一定的参考意义。     

嵌入粘弹性包覆层的吸声覆盖层低频性能研究

在单层牯弹性圆柱管吸声覆盖层的基础上,发展了嵌入低剪切波波速包覆层即双层粘弹性圆柱管的吸声结构的理论模型.推导了轴对称波特征方程的低频近似解,并根据牛顿迭代法进一步计算精确解,为吸声覆盖层的低频性能快速预报提供基础.数值分析表明包覆层嵌入比例的增加、或者包覆材料剪切波速的减小能有效地改善低频吸声性能.     

基于TRIZ理论的舰船防护舱壁结构型式生成研究

[目的]冲击波与弹片毁伤元是舰船防护舱壁结构设计主要考虑的因素,为研究舰船防护舱壁结构概念型式的有效生成方法,[方法]采用系统化的创新问题解决理论(TRIZ)中的冲突分析方法,获得了舰船防护舱壁结构设计中的技术冲突表征,通过该理论给出的技术冲突解决原理,结合冲击动力学专业知识进行分析,[结果]构建了8个防护舱壁结构概念型式,均可实现对冲击波与弹片2种毁伤元的同时防御,在此基础上探讨了舰船防护舱壁结构概念型式生成可采用的一般性原理。[结论]研究成果可为舰船防护舱壁结构研究与设计提供参考。     

开孔泡沫铝水下吸声性能实验

对水饱和与空气饱和开孔泡沫铝进行水下吸声性能实验研究,比较了厚度和3种不同背衬(空气背衬、水背衬和钢背衬)对其吸声性能的影响。实验发现,在500～4 000 Hz范围内,空气饱和开孔泡沫铝水下吸声性能相对较好,水饱和开孔泡沫铝的水下吸声性能很弱。厚度和背衬对空气饱和开孔泡沫铝的吸声性能影响明显,对水饱和开孔泡沫铝的吸声性能影响很小。水饱和开孔泡沫铝不宜用作水下低频吸声材料,而将空气饱和开孔泡沫铝用作水下吸声材料时,应采取有效的防护措施,避免水渗入内部。否则,开孔泡沫铝吸声性能将严重降低。     

变厚度薄膜型声学超材料单胞的隔声性能数值研究

在船舶舱室中,结构振动引起的噪声有着低频、宽带的特点。常规的低频噪声,其隔声控制受到质量定律的约束,需要更为质密宽厚的材料。而基于一定设计的薄膜型声学超材料是一种单胞在几何尺寸上远小于声波波长的周期性材料,可以在某些低频频段下实现完全隔声。以往研究多讨论了等厚度的薄膜,对表面形状也呈周期性变化的变厚度薄膜研究甚少。本文利用商用有限元软件Ansys和Virtual. Lab Acoustic数值计算变厚度薄膜型声学超材料单胞的工作频率,并模拟单胞的驻波管实验。研究了变厚度薄膜型声学超材料单胞隔声性能随结构参数(包括质量块质量、薄膜厚度以及薄膜张力)的变化规律,为薄膜型声学超材料在船舶降噪方面的设计与应用提供参考依据。     

锥柱组合结构振动声辐射特性研究

针对水下航行器尾部结构振动声辐射控制难题,以锥柱组合结构为研究对象,开展水下航行器尾部结构振动声辐射特性研究。首先,基于声固耦合方法,计及流体负载的影响,建立结构振动声辐射评估模型;在此基础上,开展垂向激励力作用下锥柱组合结构振动声辐射特性研究,探究舱壁、环肋和纵向加强筋等结构形式对锥柱组合结构振动声辐射的影响规律。研究表明,1～400 Hz频段,在激励位置附近增设舱壁、适当增加环肋数目可改变结构频谱特性,并有效降低幅值响应,而增设纵向加强筋对结构振动声辐射特性影响不大。     

球—环—柱组合壳结构的应力特性分析

[目的]球面舱壁以其较高的容重比和材料利用率等优点被广泛应用于大潜深潜器中,球—环—柱组合型式的球面舱壁结构形式简单,力学性能清晰,建造工艺难度相对较低,具有较好的工程适用性。为了研究球—环—柱组合型式的球面舱壁结构在均匀外压下的应力强度特性,[方法]结合壳体控制方程,建立适用于球面舱壁结构强度计算的Riccati传递矩阵法,在此基础上讨论球壳半径、过渡环半径、边界刚度等参数对球—环—柱球面舱壁结构强度的影响;结合工程应用,初步提出能表征球面舱壁几何形状和力学特性的扁平度概念,研究其对结构强度的影响作用,并给出扁平度的建议取值范围,在此范围内,环肋柱壳对球—环组合壳形成的力学约束可近似认为是简支约束。[结果]研究表明,当球—环—柱组合型式的球面舱壁结构的扁平度取值为0.5~0.6时,应力强度性能良好。[结论]所得结果可为球—环—柱结构设计提供参考。     

静压作用对吸声覆盖层性能的影响与分析

该文考虑静压作用产生的空腔变形及其预应力状态，建立空腔型吸声覆盖层吸声性能分析方法，研究静压作用对吸声覆盖层性能的影响规律。通过有限元法对比在相同静压下仅考虑空腔变形以及考虑空腔变形和同时存在预应力时的覆盖层吸声性能，进而研究了不同静压下含圆柱形、圆锥形和喇叭形空腔覆盖层在孔隙率相同时，覆盖层的最大变形量、平均吸声系数和吸声系数变化量等性能参数的差异。结果表明：仅考虑空腔变形以及考虑空腔变形和存在预应力时覆盖层的吸声性能有明显差异。静压使圆柱形空腔覆盖层的变形量最大，其次是喇叭形空腔覆盖层，圆锥形空腔覆盖层的最大变形量最小。静压对于3类覆盖层在2 000 Hz频率点以下的影响较小。随着静压的增加，圆柱形和圆锥形空腔的吸声系数曲线逐渐靠近，在10 MPa下几乎重合。     

新型舱壁结构抗侵彻性能的数值仿真

对加筋舱壁结构、平板夹芯舱壁结构以及蜂窝夹芯舱壁结构在高速破片侵彻作用下的抗侵彻性能进行数值仿真研究。分别对3种舱壁结构在侵彻作用下的动态响应进行分析,得到3种舱壁结构抗侵彻过程中的变形能,以及破片穿透3种舱壁结构后的剩余动能。计算结果表明:高速破片穿透加筋舱壁结构以及平板夹芯舱壁结构后仍具有较强杀伤力,因而需要改良舱壁结构,以更有效地抵御高速破片的冲击。蜂窝夹芯舱壁结构的抗侵彻性能高于加筋舱壁结构及平板夹芯舱壁结构。     

背衬对多层材料吸声覆盖层的影响

根据波导有限元-传递矩阵法建立了背衬条件下的多层材料吸声覆盖层的理论模型并与仿真软件COMSOL建立的有限元模型对比证明模型有效。在COMSOL模型的基础上讨论了单层壳体背衬和双层壳体背衬条件下的覆盖层的吸声性能并比较了在双层壳体背衬条件下不同空腔结构的吸声性能。结果表明：单层壳体背衬条件下,随着钢背衬厚度增大,吸声波峰向低频移动但峰值变小;两层壳体的水层厚度增大,波峰向低频移动,波峰渐渐增多,峰值减小;在非耐压壳体厚度增大时,三种厚度情况下的吸声系数曲线大致相同说明外壳厚度对于吸声系数的影响很小;圆柱型空腔在低频表现稍好一些,而椭球型空腔在整体表现均好于其余两种情况。     

基于遗传算法的肘板结构型式优化

介绍了潜艇平面舱壁上主构架与耐压体连接处的一种新型肘板结构型式，通过ANSYS软件对其应力状况进行分析，利用改进的遗传算法对其结构优化设计，对遗传算法的改进包括设计适应度函数、自适应交叉率、自适应变异率，通过编程实现在遗传算法中调用ANSYS软件，获得计算适应度函数所需的参数。通过计算表明，此类型式肘板能够有效地降低应力集中程度。     

静压下多层材料椭球形空腔吸声覆盖层的吸声性能分析

基于声波垂直入射下的二维解析公式,利用COMSOL软件建立椭球形空腔吸声覆盖层模型并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证模型的有效性;利用所建模型分析了静压下多层材料椭球形空腔的吸声性能。结果表明:在静水压力条件下,多层材料吸声覆盖层的低频吸声性能比常压的要好,中高频方面两者相差不大;穿孔率25%下的吸声覆盖层在低频和高频的表现比穿孔率33.3%和穿孔率50%的吸声覆盖层要好,静压下穿孔率越大并不代表改善吸声覆盖层低频吸声性能越好;静压下多层材料吸声覆盖层随着压力的增大,椭球形空腔的形变量和覆盖层厚度的压缩量越大。     

静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析

[目的]潜艇外壳表面敷设的水下吸声覆盖层在高静水压力作用挤压后的形状、材料参数都会发生改变,使吸声性能受到较大影响,故研究此影响对于潜艇声隐身性具有重要意义.[方法]考虑空腔内压力对静压下覆盖层形变的作用及吸声性能的影响,基于轴对称有限元仿真,计算含圆柱形空腔水下吸声覆盖层的单胞变形;将形变量导入吸声覆盖层的一维理论模...     

舱壁打孔的环肋圆柱壳振动性能分析

为研究舱壁打孔对结构振动性能的影响,以环肋圆柱壳为研究对象,采用有限元法,计算结构在不考虑开孔加强结构的条件下,改变圆形孔的大小、位置、数量以及含圆形孔的舱壁数量时的均方法向速度级,得到不同工况下整个结构的均方法向速度级频率响应曲线。数值计算结果的比较和分析表明:激振频率在150～350Hz时,4种工况对模型均方法向速度级影响不大;350～1 000 Hz时,在部分激振频率下,4种工况对模型均方法向速度级的影响变大。可见舱壁开孔在满足工程需求的同时,也可有效减少艇体质量,但同时也会一定程度地改变结构振动特性,须在潜艇实际设计中予以考虑。     

舱壁对圆柱壳振动声辐射影响研究

文章研究了加舱壁构成的多舱段圆柱壳的振动声辐射特性。壳体振动基于薄壳控制方程,舱壁振动分别考虑相互独立的面内伸缩与面外弯曲振动,建立用阻抗矩阵表示的壳体振动和辐射声功率解。通过数值计算研究舱壁对共振声辐射的影响,讨论舱壁个数、厚度及激励力位置对辐射声功率的作用,并分析舱壁作用机理。针对舱段长度与壳体直径之比在1.5到2.0之间的情况,计算结果表明,舱壁附加机械阻抗的作用导致壳体模态频率向低频移动,但基本不改变低频共振辐射的状态。多道舱壁在高频段降低壳体的均方振速,增加辐射效率,但对辐射声功率影响较小。激励力位置对低频共振辐射产生较大影响,特别是谷值变化可能高达10dB。舱壁的作用主要由其伸缩振动引起,因为伸缩振动产生的径向力的声激励效率最高。     

基于COMSOL多层材料吸声覆盖层的吸声特性分析

针对圆柱形空腔吸声覆盖层低频吸声性能比较差,建立多层材料圆柱形空腔结构覆盖层的COMSOL有限元模型,通过采用波导有限元-传递矩阵法对有限元模型的验证并对其进行吸声特性数值仿真分析。结果表明：理论计算与数值仿真的曲线趋势大致吻合则该有限元模型有效;多层材料吸声覆盖层低频吸声特性明显优于单层材料吸声覆盖层,并且采用不同穿孔率、损耗因子、杨氏模量等参数的变化分析了各种参数的变化对吸声系数曲线的影响,为下一步的声学优化提供了具体指导。     

基于COMSOL多层材料吸声覆盖层的吸声特性分析

针对圆柱形空腔吸声覆盖层低频吸声性能比较差,建立多层材料圆柱形空腔结构覆盖层的COMSOL有限元模型,通过采用波导有限元-传递矩阵法对有限元模型的验证并对其进行吸声特性数值仿真分析。结果表明:理论计算与数值仿真的曲线趋势大致吻合则该有限元模型有效;多层材料吸声覆盖层低频吸声特性明显优于单层材料吸声覆盖层,并且采用不同穿孔率、损耗因子、杨氏模量等参数的变化分析了各种参数的变化对吸声系数曲线的影响,为下一步的声学优化提供了具体指导。     

基于多重散射理论的消声瓦吸声机理研究

基于多重散射理论研究了含周期球腔消声瓦的吸声机理。分析了球腔大小、位置及组合对消声瓦吸声性能的影响,讨论了消声瓦弯曲振动吸声和径向振动吸声两种吸声机制及其发挥作用时的工况。通过合理搭配球腔的大小和位置,设计了含多层球腔的薄层消声瓦。结果表明,该消声结构在阻尼水平不高的情况下,在全频段上仍具有优良的吸声性能。