【摘要】：研究并降低潛艇在中低頻段的聲輻射,對其安全和作戰(zhàn)性能有至關(guān)重要的意義。本文針對軸-艇耦合系統(tǒng)的振動與聲輻射,結(jié)合其在不同頻段擁有不同振動形式的特點,并考慮到實際結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與幾何中心不重合,在低頻段用解析法建立了偏心梁模型,對中頻段的非均勻殼模型采用數(shù)值仿真。分析了質(zhì)量偏心、密度沿軸向分布、連接情況等對梁模型振動與聲輻射的影響;研究了載荷非均勻、結(jié)構(gòu)非均勻、質(zhì)量分布與連接、軸-艇間連接數(shù)目、分布與剛度對系統(tǒng)響應(yīng)的影響規(guī)律;最后針對正�；�-均勻艇體與正�；�-非均勻艇體系統(tǒng),進(jìn)行了空氣中模態(tài)與振動響應(yīng)測試,對于正�；c下沉基座的軸-艇系統(tǒng),開展了水下振動與聲輻射試驗驗證。主要研究內(nèi)容包括:(1)在推導(dǎo)的偏心Timoshenko梁彎-縱耦合振動方程基礎(chǔ)上,利用解析法/改進(jìn)的傳遞矩陣法,建立了階梯單梁/雙梁模型。揭示了偏心對梁特性及響應(yīng)的影響規(guī)律,研究了密度分布、連接情況對振動與聲輻射的影響。研究表明:質(zhì)量偏心會引起彎-縱振動耦合,且其引入的附加轉(zhuǎn)動慣量使彎曲頻率下降,引入的附加軸向剛度使縱向頻率上升;密度分布越遠(yuǎn)離中心,縱振頻率越低,而分布不均均會使彎曲頻率上升,同時改變梁的振型;在特低頻由連接與激勵位置的距離決定垂向傳遞力的大小,稍高頻由連接剛度決定。(2)通過有限元/邊界元法建立了艇體殼及梁-殼水下振動與聲輻射模型。研究了載荷、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量非均勻及質(zhì)量連接對艇體振動與聲輻射的影響,給出了系統(tǒng)在三個方向激勵下的響應(yīng)特性,同時分析了軸系及其連接情況對系統(tǒng)聲輻射的影響規(guī)律。結(jié)果表明:非均勻軸向載荷會激發(fā)起艇體的彎曲模態(tài),而非均勻結(jié)構(gòu)與質(zhì)量會使高低階周向波數(shù)模態(tài)耦合,改變艇體特性,增強(qiáng)聲輻射;軸系會在其固有頻率附近將傳遞力動力放大,從而使得系統(tǒng)在此處有較高聲功率;在力的主傳遞路徑附近增加支撐,可以改善其受力狀況,降低聲輻射。(3)在對軸-艇耦合系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,開展了軸-艇空氣與水下的振動、聲輻射測試,考察并分析了基座下沉對系統(tǒng)響應(yīng)的影響及原理。試驗及仿真結(jié)果表明:仿真模型是合理、準(zhǔn)確的;基座高度的降低改變了其軸向阻抗特性,引起基座參與程度較大的模態(tài)固有頻率上升,對于軸向激勵,使得低于此頻率的系統(tǒng)聲輻射功率有一定降低。本文針對中低頻下軸-艇耦合系統(tǒng)振動、聲輻射及艇體非均勻性的影響,進(jìn)行了一系列理論與試驗研究,明確了載荷、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量非均勻及軸系對系統(tǒng)的影響,提出了若干被動控制措施,對于潛艇結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較高的工程指導(dǎo)意義。
【圖文】：

圖 1.1 均勻圓柱殼的聲輻射效率[46] 1.1 Radiation efficiencies of uniformly vibrating cyl引發(fā)的聲輻射，大量學(xué)者進(jìn)行了研究[48-52]，極子、偶極子、無限大平板、圓柱輻射體等生變化，相當(dāng)于各段梁元在流體中進(jìn)行上下沿著軸線方向振動的同時，由于泊松效應(yīng)產(chǎn)體積發(fā)生變化。因此，在所研究的聲波波長體梁元看做單極子(縱振)或者偶極子(垂向加原理進(jìn)行疊加，便可得到艇體梁模型的究了自由-自由梁的聲輻射問題，考慮了梁謝基榕[54]在單極子基礎(chǔ)上給出了梁縱向振輻射特性的影響得到了廣泛關(guān)注，，祁立波的水下聲輻射進(jìn)行了研究，他的研究結(jié)果表聲輻射分別由縱向模態(tài)與彎曲模態(tài)引起；對還是軸向激勵，聲輻射曲線中均既有彎曲模

圖 1.2 分布式連接的(a) 雙梁模型[65]，(b) 多梁模型[63]Fig. 1.2 Distributed connected (a) double-beam model, (b) multi-beam model針對離散連接的多梁模型，相關(guān)研究較少[64, 74, 75]。Zhang 等[64]考慮了全等簡支雙梁兩側(cè)是剛性壁，梁之間充滿液體的情況，雙梁在中點處采用主動彈簧連接。利用振型疊加法研究了系統(tǒng)的頻率、模態(tài)以及壓力分布，文章的重點是采用自適應(yīng)算法，在雙梁之間利用主動彈簧施加主動力，對系統(tǒng)振動進(jìn)行控制。Abbas 等[74]將火箭主體與助推器簡化成離散連接的三梁模型，考慮了梁參數(shù)沿軸向變化的情況且邊界為自由-自由，文章的重點是對傳遞矩陣法編程及對矩陣尋根優(yōu)化算法的詳細(xì)介紹，并未對系統(tǒng)特性及參數(shù)分析做出研究。Zhang 等[75]在研究雙梁系統(tǒng)時，引入了幾何不連續(xù)、內(nèi)部連接與中間附件等因素，但在連接處并未考慮縱向剛度也未考慮質(zhì)量在截面內(nèi)的非均勻性。對于雙桿的動力學(xué)建模，多出現(xiàn)在納米管材料的研究中[76, 77]。為了研究納米復(fù)合材料之間的動力學(xué)耦合效應(yīng)，Karli i 等[76]與 Murmu 等[77]分別建立了連續(xù)連接與離散連接的雙桿模型，在固支-固支，固支-自由邊界下，研究了材料長度比例參數(shù)材料阻尼、連接阻尼與邊界條件對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響，他們發(fā)現(xiàn)，相對于連接阻
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U674.76

【參考文獻(xiàn)】

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1 祁立波;鄒明松;;加肋圓柱體水下低頻輻射聲特性研究[J];船舶力學(xué);2015年07期

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3 瞿葉高;華宏星;孟光;諶勇;龍新華;;基于區(qū)域分解的組合結(jié)構(gòu)振動分析方法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2012年09期

4 李攀碩;李棟梁;張志誼;;軸-殼體系統(tǒng)耦合振動的建模與分析[J];振動與沖擊;2012年05期

5 謝基榕;徐利剛;沈順根;吳有生;;推進(jìn)器激勵船舶振動輻射聲計算方法[J];船舶力學(xué);2011年05期

6 蘇少卿;孟益平;王肖鈞;;梁的載荷、內(nèi)力微分關(guān)系推導(dǎo)方法的改進(jìn)[J];力學(xué)與實踐;2011年02期

7 陳美霞;和衛(wèi)平;邱昌林;陳清坤;;力激勵與聲激勵作用下圓柱殼聲振性能試驗[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年03期

8 朱仁傳;郭海強(qiáng);繆國平;余建偉;;一種基于CFD理論船舶附加質(zhì)量與阻尼的計算方法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2009年02期

9 張義民;張守元;李鶴;聞邦椿;;運(yùn)行模態(tài)分析中固有模態(tài)和諧波模態(tài)區(qū)分方法研究[J];振動與沖擊;2009年01期

10 易壯鵬;趙躍宇;朱克兆;;梁的縱向與橫向耦合振動的動力學(xué)分析[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2008年04期

本文編號：2604246