潜艇结构辐射噪声的建模、求解及声特性应用研究.pdf

华中科技大学博士学位论文潜艇结构辐射噪声的建模、求解及其声特性研究姓名:曾革委申请学位级别:博士专业:工程力学指导教师:黄玉盈;马运义 华中科技大学博士学位论文摘要 f本文的研究内容源于产品型号研制任务,也是“十五”国防预研项目“结构噪声(含尾部结构声辐射)控制优化技术研究”的~部分,主要是建立潜艇主体结构水下声辐射的计算方法,比较不同结构形式辐射噪声特性,指导工程设计。J 本文采用Donnel壳体理论研究潜艇结构在环频率以下的水下声辐射,7考虑了结构不均匀构件如耐压船体加强肋骨、内部平面舱壁、内外壳板连接构件、外壳板加强肋骨、纵骨等对潜艇艇体辐射噪声的影响,激振力为任意方向的简谐集中力。首先在环频率以下,建立了环肋和舱壁加强的双周期圆柱壳水下辐射噪声计算方法,考虑了三个方向(径向、周向、切向)的激励力作用以及环肋和舱壁三个方向的作用反力以及纵向反弯矩。推导了环肋和舱壁速度阻抗表达式,采用纵向傅氏变换和周向模态展开建立了环肋和舱壁加强的双周期圆柱壳振动方程,略去高阶纵向波数和高阶周向模态,利用数值计算求解出圆柱壳中面径向振动速度,由稳相法的思想求出辐射声压。这种求解方法具有一般性,可以很方便地推广到其它更复杂的结构,本文第三章一第五章实际上就是这种求解方法的运用。f采用建立的计算方法研究了单壳体潜艇结构环频率以下辐射噪声性能,得出一些有意义的结论:在计算潜艇艇体辐射声压时,仅考虑径向力引起的声辐射是不够的,由于波形转换,切向力可能比径向力引起更大的声辐射:内部平面舱壁使艇体辐射声压谱发生振荡,明显增大了艇体的声辐射;耐压船体直径、壳板厚度、肋骨大小、肋骨间距、内部平面舱壁刚度以及机械设备安装位置等对艇体声辐射没有明显影响,尽管辐射声压谱有一定变化,但总的声压级变化不明显:增大结构阻尼可以明显减小艇体辐射声压。辛一研究了实肋板连接的双层加肋圆柱壳水下声辐射,补充了舷间流体对内外壳板的压力表达式以及实肋板对内外壳板的作用力表达式,得到了内外壳体耦舍振动控制方程,采用与前面相同的求解方法,得到远场辐射声压。此外讨论了仅有径向力作用以及仅考虑加强构件径向反力时的简化计算方法。(计算表明:实肋板和舷间液体载荷传递对双层加肋圆柱壳水下声辐射均有很大影响,都使辐射声压明显增大;j 研究了外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳辐射噪声计算方法,补充了纵骨对外壳板的作用力表达式,证明了当纵骨沿圆周方向均匀排列时,纵骨的存在并不会引起各阶周向模态耦合作用,此时可以很方便地考虑纵骨的影响。,计算表明:纵骨对双层圆柱壳水下声辐射的影响比较复杂,与纵骨间距,纵骨刚度、凄肋板间距以及激励频率等密切相关。’研究了采用托板连接的双层加肋圆柱壳水下声辐射,实际的双壳体潜艇结构内外壳板之间除了采用实肋板连接以外,还大量采用离散的支撑杆件(托板或连接杆)连接。推导了支撑杆件速度阻抗表达式,计算出远场辐射声压。环频率以上,在圆周方向只有部分壳体参与振动,曲率对潜艇结构运动的影响可以忽略,采用平板振动模型计算潜艇结构在环频率以上的水下声辐射,平板在纵向和圆周方向的运动均为波动形式。研究了实肋板连接的双层加筋平板水下声辐射,将已有的单层加筋平板水下声辐射计算方法1701推广到求解双层加筋平板水下声辐射问题。首先考虑空间谐分布载荷作华中科技大学博士学位论文用,利用结构周期性特点,写出加强筋作用力表达式,利用加强筋和平板变形协调条件,计算出加强筋作用力展开系数。再由稳相法和波形叠加方法获得集中力作用下双层加筋平板水下辐射声压。l计算表明:实肋板对双层平板水下声辐射影响很大,与无实肋板连接的双层平板相比,实肋板连接的双层平板辐射声压谱线起伏较大,内外层平板采用加强筋后,声压谱线起伏变化更加剧烈;在低中频段(1000Hz以下),实肋板和加强筋明显增大了声辐射,随着频率提高,实肋板对辐射噪声的影响逐渐减小;加强筋的作用比较复杂,在某些频段可以大幅减小辐射噪声,在其它频段对辐射噪声没有影响;在更高的频率上(3500Hz -),实肋板和加强筋对辐射噪声的影响不太明显; 在环频率以上双层平板结构辐射噪声明显高于单层平板,这表明外层平板不能“屏蔽”内层平板受激振动引起的声辐射;实肋板间距和刚度对双层平板结构辐射噪声影响不明显。} 研究了托板式双层加筋平板水下声辐射,内外层平板之间采用离散杆件连接,推导了连接杆件对内外平板作用力表达式,得到集中力作用下双层平板辐射声压。(计算结果表明:内外平板之间采用离散杆件连接的双层平板水下声辐射大大高于实肋板连接的双层平板,离散杆件使得结构不均匀性更加明显,从而增大了水下声辐射;连接杆件截面积对双层平板辐射噪声有~定影响,在低中频段和中高频段,增大连接杆件截面积使双层平板辐射噪声增大,在其它频段,连接杆件截面积对双层平板辐射噪