以直徑2 m、工作水深4 km的鈦合金球殼為對象,通過Narushin （N-R）方程描述鵝蛋、雞蛋、鴕鳥蛋的形狀函數(shù),采用等容積、等最大應(yīng)力水平的方法設(shè)計(jì)了仿生耐壓殼體,通過有限元方法分析各殼體在空氣中和水中的模態(tài)特性,最后利用三維水彈性方法計(jì)算蛋形仿生耐壓殼體的遠(yuǎn)場聲輻射。計(jì)算結(jié)果表明,在500 Hz以下頻段,蛋形殼在尖端和鈍端激勵時引起的聲輻射要優(yōu)于球殼,其中鵝蛋型曲線的耐壓殼體具有較優(yōu)的輻射噪聲特性。在500 Hz以上頻段,球殼的輻射噪聲遠(yuǎn)低于蛋形殼。激勵位置對蛋形耐壓殼體聲輻射影響明顯,分析結(jié)果可為低噪聲水下仿生耐壓殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用提供有效參考。 

【文章來源】：聲學(xué)技術(shù). 2020,39(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

球形殼濕模態(tài)計(jì)算結(jié)果

第3期吳健等：蛋形仿生耐壓殼水下聲輻射特性研究275(a)f=522.4Hz(b)f=586.6Hz圖6鴕鳥蛋形殼干模態(tài)計(jì)算結(jié)果Fig.6Vibrationpatternofostrichegg-shapedshell’sdrymode(a)f=354.4Hz(b)f=437.3Hz圖7球形殼濕模態(tài)計(jì)算結(jié)果Fig.7Vibrationpatternofsphericalshell’swetmode(a)f=274.9Hz(b)f=325.2Hz圖8鵝蛋形殼濕模態(tài)計(jì)算結(jié)果Fig.8Vibrationpatternofgooseegg-shapedshell’swetmode(a)f=306.5Hz(b)f=368.7Hz圖9雞蛋形殼濕模態(tài)計(jì)算結(jié)果Fig.9Vibrationpatternofchickenegg-shapedshell’swetmode

巫醋羆虻サ牡?鑰翹澹??早就作為聲彈性的研究對象。潛艇、魚雷等水下運(yùn)動體的形狀比較接近于圓柱形狀，其振動和聲輻射特征也很早就受到關(guān)注，目前研究的已經(jīng)較為深入[7-8]，而基于蛋形曲線的耐壓殼結(jié)構(gòu)的聲輻射特性研究還未見報道。為此，從仿生角度出發(fā)，選取雞蛋、鵝蛋、鴕鳥蛋等蛋形曲線耐壓結(jié)構(gòu)為研究對象，在相同的設(shè)計(jì)條件下分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)特征與聲輻射特性，并與圓球殼進(jìn)行對比。1蛋形仿生耐壓殼模型蛋殼一般為軸對稱薄板旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，取蛋殼的尖端端點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，使x軸正向指向蛋形鈍端，如圖1所示。圖1蛋形曲線坐標(biāo)圖Fig.1Coordinatesofegg-shapedcurve蛋殼的子午面曲線一般可以采用Narushin(N-R)方程描述，該方程很好地描述蛋殼特征[9-10]。Narushin(N-R)方程的表達(dá)式為222112.372()1.057()nnnyxLxxLnB++==(1)式中：L為蛋形曲線長軸；B為蛋形曲線短軸；B/L為蛋形系數(shù)；x為橫坐標(biāo)；y為縱坐標(biāo)。以直徑為2m、工作深度為4km的球殼為對象，材料選取鈦合金Ti-6Al-4V(TC4)，其力學(xué)參數(shù)為：彈性模量E=110GPa，泊松比μ=0.34，屈服強(qiáng)度σ=830MPa，密度ρ=4.5g·cm-3。安全系數(shù)暫取1.6，采取等容積、等最大應(yīng)力水平的方法設(shè)計(jì)蛋形耐壓殼，其蛋形系數(shù)及殼體厚度如表1所示，蛋形曲線如圖2所示。從表1中可以看出，殼體越接近于球，殼體厚度越保表1蛋形耐壓殼設(shè)計(jì)值Table1Designparametersofegg-shapedpressurehulls殼體形狀蛋形系數(shù)殼體厚度/mm重量/kg容積/m3鵝蛋形0.695028304.06雞蛋形0.784827014.10鴕鳥蛋形0.894625634.08球形14324324.19圖2不同蛋形曲線Fig.2Differentegg-shapedcurves2聲輻射數(shù)據(jù)處理在求得遠(yuǎn)處球面聲場(R=10km)上的聲?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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