水下航行器艉部由于其位置特殊性,會同時受結(jié)構(gòu)動力裝置、軸系、艉部伴流等多源激勵共同耦合作用,是水下航行器振動聲輻射控制的關(guān)鍵和重點考核區(qū)域,其振動聲輻射嚴重影響著水下航行器的整體振動聲輻射水平。因此,水下航行器艉部結(jié)構(gòu)振動噪聲特性研究及其低噪聲優(yōu)化設(shè)計具有重要的理論價值與工程背景。本文以水下航行器艉部結(jié)構(gòu)低噪聲優(yōu)化設(shè)計為目標,開展了艉部結(jié)構(gòu)損耗特性、艉部結(jié)構(gòu)振動聲輻射影響因素及規(guī)律、艉部結(jié)構(gòu)振動模態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計研究,最終提出了艉部低噪聲優(yōu)化方案與設(shè)計方法。首先從艉部結(jié)構(gòu)損耗特性出發(fā),探索了溫度、頻率、材料屬性、結(jié)構(gòu)形式及尺寸等因素對結(jié)構(gòu)損耗特性的影響規(guī)律。數(shù)值仿真結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)損耗因子數(shù)值大小會對艉部結(jié)構(gòu)振動聲輻射的仿真結(jié)果產(chǎn)生重要影響。因此,本文開展了水下航行器艉部典型結(jié)構(gòu)損耗特性試驗,獲得了準確的結(jié)構(gòu)損耗因子用于艉部結(jié)構(gòu)損耗特性分析及艉部振動聲輻射仿真。在此基礎(chǔ)上,探索了結(jié)構(gòu)形式與特征參數(shù)對艉部結(jié)構(gòu)振動聲輻射的影響規(guī)律,為艉部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計打下了基礎(chǔ)。具體工作為:基于聲固耦合分析方法,建立艉部結(jié)構(gòu)振動聲輻射仿真計算模型,分別考察艉部結(jié)構(gòu)、環(huán)肋結(jié)構(gòu)、縱向加強筋結(jié)構(gòu)、殼體參數(shù)、艙壁參數(shù)... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

水下航行器（

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文10以變形能法為例，由各子結(jié)構(gòu)總的最大變形能iW與各子結(jié)構(gòu)在一個周期內(nèi)的阻尼耗能()siD，定義結(jié)構(gòu)損耗因子為：()2siiDW（2-1）如果已知各子結(jié)構(gòu)的損耗因子i，則各子結(jié)構(gòu)在一個振動周期內(nèi)的阻尼耗能為：()2siiiDW（2-2）則式2.2可寫為：iiiWW（2-3）由式2-1和式2-3定義的結(jié)構(gòu)損耗因子最直接地反映了結(jié)構(gòu)耗能的能力，是評價結(jié)構(gòu)損耗特性的主要指標，可通過測量的方式獲得。2.3結(jié)構(gòu)損耗特性對艉部結(jié)構(gòu)振動的影響前文所述，結(jié)構(gòu)的損耗特性會由結(jié)構(gòu)尺寸、形式、頻率等而產(chǎn)生變化，但在通常的結(jié)構(gòu)動力及聲學(xué)性能仿真計算時，一般采用經(jīng)驗給出的定值作為結(jié)構(gòu)損耗因子。本節(jié)通過一簡單航行器內(nèi)部板架，驗證結(jié)構(gòu)損耗因子對艉部結(jié)構(gòu)艙內(nèi)甲板的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的影響。建立一塊1m×1m矩形板架，板架厚度為3mm，縱橫各均布兩根加強筋，參數(shù)為60×8+40×6mm2的T型材。將板架四周做簡支處理，同時在板架中心施加一指向板架的1N單位載荷。結(jié)構(gòu)參數(shù)為：彈性模量112E2.11eN/m，泊松比0.3，密度37850kg/m。(a)有限元模型(b)邊界條件與加載圖2.4有限元模型及加載情況為驗證艉部結(jié)構(gòu)損耗因子對艉部結(jié)構(gòu)振動的影響，設(shè)置損耗因子分別為0.01、0.001、0.0001進行對比計算，分析頻段為1-400Hz，頻率間隔1Hz。提取板架中心振動加速度并以1×10-6m/s2為基準加速度轉(zhuǎn)化為振動加速度級，對比如圖2.5所示。

第2章水下航行器艉部結(jié)構(gòu)損耗特性研究11圖2.5損耗因子對結(jié)構(gòu)振動的影響由圖中可以看出，結(jié)構(gòu)損耗因子較高水平時在結(jié)構(gòu)動力及聲學(xué)仿真計算時對結(jié)果的影響較大，在結(jié)構(gòu)損耗因子處于10-3數(shù)量級及以下時，其變化對振動峰值稍有影響。因此，應(yīng)開展相應(yīng)的水下航行器艉部典型結(jié)構(gòu)損耗特性試驗，獲取艉部典型結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)損耗因子，更準確的開展艉部結(jié)構(gòu)振動聲輻射影響因素計算分析與艉部結(jié)構(gòu)低噪聲設(shè)計。2.4水下航行器艉部結(jié)構(gòu)損耗特性試驗由上節(jié)可知，結(jié)構(gòu)損耗因子在結(jié)構(gòu)動力及聲學(xué)仿真計算時對結(jié)果的影響較大。因此，對水下航行器艉部典型結(jié)構(gòu)進行損耗因子測試是十分必要的，不僅可以得到水下航行器艉部結(jié)構(gòu)典型構(gòu)件的損耗特性，還可以通過精確的輸入大幅提高數(shù)值仿真的準確性。本試驗主要通過測試水下航行器艉部結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)損耗因子，為水下航行器艉部結(jié)構(gòu)振動噪聲數(shù)值計算方法提供更為準確的系統(tǒng)參數(shù)輸入。2.4.1試驗原理及方法2.4.1.1試驗?zāi)Ｐ图皽y試原理本試驗的試驗?zāi)Ｐ蜑樗潞叫衅黥翰康湫徒Y(jié)構(gòu)構(gòu)件模型，主要包括外殼、內(nèi)殼、加筋板架、橫艙壁等。模型的材質(zhì)全部采用船用鋼。艉部典型結(jié)構(gòu)損耗因子測試時，需用纜繩將模型吊裝懸掛起來，因此需在構(gòu)件一端布置吊孔。部分艉部典型構(gòu)件模型如下圖所示：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]船舶艉部激勵耦合振動噪聲機理研究進展與展望[J]. 華宏星,俞強.  中國艦船研究. 2017(04)
[2]水中環(huán)肋錐柱結(jié)合殼的振動特性分析[J]. 鄧乃旗,陳美霞,謝坤,魏建輝.  中國造船. 2015(01)
[3]錐-柱組合殼體聲輻射影響因素研究[J]. 魏應(yīng)三,王永生.  振動與沖擊. 2012(22)
[4]縱桁對環(huán)肋圓柱殼體水下振動與聲輻射的影響[J]. 王路才,周其斗,紀剛.  海軍工程大學(xué)學(xué)報. 2012(02)
[5]基于統(tǒng)計能量法的環(huán)肋圓柱殼中、高頻振動與聲輻射性能數(shù)值分析[J]. 和衛(wèi)平,陳美霞,高菊,陳清坤.  中國艦船研究. 2008(06)
[6]環(huán)筋對水下平底圓柱殼的聲振特性影響[J]. 石煥文,盛美萍,孫進才,賀晨.  應(yīng)用聲學(xué). 2007(04)
[7]結(jié)構(gòu)型式對雙層殼聲輻射特性影響研究[J]. 張阿漫,錢德進,姚熊亮.  中國艦船研究. 2007(03)
[8]降低雙層加肋圓柱殼低頻噪聲的聲學(xué)設(shè)計技術(shù)[J]. 艾海峰,陳志堅,孫謙.  噪聲與振動控制. 2007(03)
[9]軸系縱振對雙層圓柱殼體水下聲輻射的影響研究[J]. 曹貽鵬,張文平.  船舶力學(xué). 2007(02)
[10]結(jié)構(gòu)振動模態(tài)和聲輻射模態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系及其應(yīng)用[J]. 李雙,陳克安.  聲學(xué)學(xué)報. 2007(02)

博士論文
[1]損耗因子測試方法研究[D]. 顧金桃.西北工業(yè)大學(xué) 2016
[2]槳—軸—艇耦合結(jié)構(gòu)的振動和聲輻射特性理論與試驗研究[D]. 吳仕昊.上海交通大學(xué) 2015
[3]錐—柱組合殼振動與聲輻射特性的半解析法分析[D]. 張聰.華中科技大學(xué) 2013
[4]板/殼—腔結(jié)構(gòu)聲振耦合分析及減振降噪優(yōu)化研究[D]. 李鴻秋.南京航空航天大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于穩(wěn)態(tài)能量法的損耗因子計算方法研究[D]. 謝孟愷.上海交通大學(xué) 2009
[2]復(fù)合夾層板結(jié)構(gòu)動力特性研究[D]. 張海燕.武漢理工大學(xué) 2005



本文編號：3483396