水動(dòng)力噪聲是水下航行器的主要噪聲源之一,而水下開(kāi)口空腔結(jié)構(gòu)就是產(chǎn)生水下航行器水動(dòng)力噪聲的典型結(jié)構(gòu)之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于開(kāi)口空腔結(jié)構(gòu)的振動(dòng)聲輻射研究由來(lái)已久,但是大多數(shù)研究都僅限于空氣中的開(kāi)口結(jié)構(gòu)等簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),對(duì)于水下開(kāi)口彈性空腔這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少,成果也不多。本文采用簡(jiǎn)化的水下立方體開(kāi)口彈性聲腔模型為研究對(duì)象,主要采用數(shù)值仿真的方法,對(duì)于水下開(kāi)口彈性空腔結(jié)構(gòu)的耦合模態(tài)、多種激勵(lì)下的振動(dòng)與聲輻射、開(kāi)口方式和內(nèi)部隔板方式對(duì)振動(dòng)聲輻射的影響以及輻射噪聲的控制措施進(jìn)行了研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1、考慮腔壁結(jié)構(gòu)為剛性,建立了空腔的Helmholtz共振腔模型。研究了開(kāi)口對(duì)于聲腔模態(tài)的影響,結(jié)果表明開(kāi)口會(huì)使空腔出現(xiàn)Helmholtz共振頻率,同時(shí)會(huì)使開(kāi)口方向上的聲腔模態(tài)的固有頻率值增大。2、考慮腔壁結(jié)構(gòu)為彈性,空腔內(nèi)流體為空氣和海水,建立了彈性壁面空腔結(jié)構(gòu)。研究了不同流體情況下流體,彈性結(jié)構(gòu)模態(tài),聲腔模態(tài)以及耦合結(jié)構(gòu)模態(tài)之間的相互作用機(jī)理。結(jié)果顯示:流體會(huì)使耦合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率降低,流體為海水時(shí),耦合結(jié)構(gòu)會(huì)失去某些模態(tài)。流體為空氣時(shí),彈性結(jié)構(gòu)使聲腔模態(tài)頻率略微增大;流體為海水時(shí),彈性結(jié)... 

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開(kāi)口聲腔與彈簧振子系統(tǒng)類(lèi)比圖

（a）封閉聲腔 （b）直接開(kāi)孔聲腔 （c）突出開(kāi)孔聲腔圖 2.3 三種聲腔的 Ansys 幾何模型由式（2.9）可以知道，影響封閉聲腔固有頻率的因素只有聲腔內(nèi)流體的聲速和聲腔三個(gè)方向上的邊長(zhǎng)以及三個(gè)方向上的半波數(shù)。本文中主要計(jì)算模型的尺寸參考文獻(xiàn)[11]中的立方體聲腔模型取得。對(duì)于簡(jiǎn)單的立方體封閉聲腔，聲腔的三個(gè)方向上的邊長(zhǎng)相等，根據(jù)式（2.9）知道，聲腔的某些階數(shù)的固有頻率值會(huì)相同，這樣在后面進(jìn)行耦合模型分析時(shí)，對(duì)于模態(tài)固有頻率值的改變就更容易判斷。對(duì)于以上三種聲腔，聲腔的基本尺寸一致，為 Lx Ly Lz 0.96m 0.96m 0.96m。對(duì)于直接開(kāi)孔與突出開(kāi)孔的聲腔，開(kāi)孔位置也一致，都是以頂面正方形的型心為型心開(kāi)一個(gè)邊長(zhǎng)為 120mm 的正方形孔。對(duì)于突出開(kāi)孔聲腔，開(kāi)孔的高度為 120mm。在 Ansys 軟件中，流體單元需要建立實(shí)體單元，這里采用 fluid30 號(hào)單元，聲腔內(nèi)的流體采用海水，海水的密度3 1025k g /m，海水中的聲速 c 1531m /s。根據(jù)數(shù)值計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行簡(jiǎn)單劃分，考慮到模型計(jì)算精度與速度的要求，

（a）封閉聲腔 （b）直接開(kāi)孔聲腔 （c）突出開(kāi)孔聲腔圖 2.4 三種聲腔的 Ansys 模型單元網(wǎng)格2.3.4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與分析首先對(duì)于本文建模方法的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。由于剛性壁面立方體封閉聲腔的固有頻率計(jì)算公式已在公式（2.9）給出，根據(jù)式（2.9）可以計(jì)算得到封閉聲腔的模態(tài)頻率值，與封閉聲腔的數(shù)值計(jì)算結(jié)果的前幾階聲腔固有頻率值一起列入表 2.1 進(jìn)行對(duì)比。表 2.1 封閉聲腔前幾階固有頻率對(duì)比模態(tài) 數(shù)值解/Hz 解析解/Hz（1 0 0）（0 1 0）（0 0 1） 797.72 797.40（1 1 0）（1 0 1）（0 1 1） 1128.1 1127.69（1 1 1）（2 0 0）（0 2 0）（0 0 2）1381.71597.41381.131594.79從上表可以看到，數(shù)值解與解析解的前幾階固有頻率計(jì)算結(jié)果吻合的很好，結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]任意邊界條件的彈性長(zhǎng)方體封閉腔輻射聲場(chǎng)分析[J]. 姚昊萍,張建潤(rùn),陳南,孫慶鴻.  中國(guó)機(jī)械工程. 2006(S2)
[2]邊界條件對(duì)三維空腔流動(dòng)振蕩的影響[J]. 司海青,王同光.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2006(05)
[3]三維超聲速開(kāi)式空腔振蕩特性研究[J]. 侯中喜,夏剛,秦子增.  國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2004(06)
[4]基于格林函數(shù)法的封閉聲腔的結(jié)構(gòu)-聲耦合分析[J]. 羅超,饒柱石,趙玫.  振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2004(03)
[5]流動(dòng)誘導(dǎo)空腔振蕩頻率方程的改進(jìn)[J]. 張強(qiáng).  振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2004(01)
[6]聲激勵(lì)抑制空腔流激振蕩的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 羅柏華,胡章偉,戴昌暉.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 1999(01)
[7]指揮室圍殼振動(dòng)特性分析[J]. 譚林森.  華中理工大學(xué)學(xué)報(bào). 1998(05)
[8]有限元+邊界元——修正的模態(tài)分解法預(yù)報(bào)水下旋轉(zhuǎn)薄殼的振動(dòng)和聲輻射[J]. 張敬東,何祚鏞.  聲學(xué)學(xué)報(bào). 1990(01)

博士論文
[1]基于聲學(xué)空間—彈性板耦合模型的聲輻射與聲傳遞特性研究[D]. 王剛.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[2]聲學(xué)耦合空間建模方法及其特性分析[D]. 石雙霞.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]考慮復(fù)雜因素的彈性板及其聲腔耦合系統(tǒng)聲振特性分析[D]. 張羽飛.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[4]任意邊界條件下結(jié)構(gòu)振動(dòng)、封閉聲場(chǎng)及其耦合系統(tǒng)建模方法研究[D]. 杜敬濤.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[5]結(jié)構(gòu)聲輻射與聲傳輸有源控制理論與控制技術(shù)研究[D]. 靳國(guó)永.哈爾濱工程大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于狀態(tài)空間方法的水下結(jié)構(gòu)模態(tài)分析[D]. 馬彬.大連理工大學(xué) 2008



本文編號(hào)：2931134