發(fā)布時間：2020-05-01 00:15

【摘要】：為保障船舶具有良好的水下安靜性，在船舶設計及建造階段開展船舶結構水下噪聲特性預報評估，及時發(fā)現(xiàn)船舶結構噪聲設計存在的問題就變得十分重要；為此，國外海軍強國投入大量人力物力開展船舶結構水下噪聲預報、評估的相關研究，形成了船舶結構水下噪聲預報評估的系列方法，如解析法、工程估算法、數(shù)值計算方法等。解析法適用于簡單結構（如圓柱殼等）的水下噪聲預報，當結構稍復雜時解析法將很難勝任；工程估算法可用于相似船型的水下噪聲預報，但當預報船舶與母型船存在較大差異時，工程估算法將導致較大誤差；數(shù)值計算方法，特別是有限元法、邊界元法、FEM/BEM法、統(tǒng)計能量法數(shù)值計算方法的出現(xiàn)，為船舶結構水下噪聲預報提供了豐富的研究手段，但由于船舶結構水下聲輻射的復雜性，船舶結構噪聲數(shù)值預報，特別是船舶結構水下中低頻噪聲預報仍存在諸多基礎性、機理性問題需要解決。 為此，本文首先對船舶結構水下噪聲預報研究現(xiàn)狀進行綜述，系統(tǒng)闡述了船舶結構噪聲預報技術發(fā)展概況，分析了船舶結構水下噪聲預報存在的基礎性問題及船舶結構噪聲預報的難點。分析表明：由于船舶結構水下聲輻射涉及流固聲耦合、固液聲氣耦合等多種作用，其噪聲預報異常困難，現(xiàn)有船舶結構噪聲數(shù)值預報在船舶結構噪聲數(shù)值分析方法、設備對船體的激勵載荷計算方法、船舶結構噪聲數(shù)值預報模型的簡化方法等研究方面仍存在一定不足。針對上述問題，本文以船舶結構噪聲數(shù)值預報工程需求為牽引，對船舶結構水下中低頻噪聲數(shù)值預報方法進行研究，重點討論了船舶結構噪聲數(shù)值預報的截斷模型預報原理、設備對船體的激勵載荷、船舶結構聲學艙段截斷模型的簡化、船舶結構噪聲分析的時頻綜合預報法及無限元法等基礎性問題；在此基礎上，初步形成了船舶結構噪聲截斷模型預報的系統(tǒng)化方法，并結合水面船舶及水下航行器噪聲預報實際，探索了船舶結構噪聲截斷模型預報方法的可行性，初步分析了水面船舶及水下航行器結構的水下聲輻射特性，旨在為船舶結構噪聲定量預報及相關研究提供方法依據(jù)。 針對船舶結構噪聲預報存在計算規(guī)模大、求解效率低、預報頻段窄等弊端，從鏈式結構動力學原理出發(fā)，，提出船舶結構動力分析的截斷模型方法，簡化船舶結構的建模工作；結合結構噪聲預報原理，給出船舶結構噪聲預報的流場截斷方法；在此基礎上，提出船舶結構噪聲截斷模型的數(shù)值計算方法，以減小船舶結構噪聲預報的計算規(guī)模，提高其求解效率及預報頻率；艙段結構水下輻射噪射預報算例表明：模型截斷預報方法可有效降低船舶結構噪聲預報的計算規(guī)模，避免因設備建模等因素導致的數(shù)值計算誤差，提高船舶結構噪聲數(shù)值預報的頻率，特別是在含有大量設備的船舶結構水下中低頻噪聲預報方面具有較大應用潛力，截斷模型計算方法可有效降低船舶結構噪聲預報的計算規(guī)模、提高其預報頻率及求解效率。 針對船舶結構噪聲預報的輸入—設備激勵載荷—進行研究，重點分析了設備對船體激勵載荷的計算方法�；谠O備內源特性不變及參數(shù)識別理論，提出設備內源特性臺架試驗識別方法，由此建立設備臺架試驗到實船設備激勵載荷的轉換方法；基于設備與船體結構耦合振動機理，提出設備對船體結構激勵力的簡便計算方法；基于力邊界與運動邊界的統(tǒng)一性原理，提出運動邊界相似法，解決設備激勵載荷為振動加速度級形式不易在數(shù)值計算中施加的困難，并經(jīng)算例驗證，證明了運動邊界相似法的有效性，解決船舶結構噪聲截斷模型預報的載荷輸入問題。 在船舶結構噪聲預報模型簡化方面，基于結構動力分析及聲輻射理論，提出以局部艙段模型代替整船模型進行船舶結構噪聲預報的船舶結構噪聲艙段截斷模型方法—行波法，并對其適用條件進行分析，實現(xiàn)了船舶結構噪聲截斷模型預報的進一步簡化；通過圓板結構水下聲輻射截斷模型，驗證了船舶結構噪聲艙段截斷模型方法的有效性，解決了以局部艙段代替整船模型進行船舶結構噪聲預報的困難。 針對現(xiàn)有船舶結構噪聲預報存在求解效率低、無法考慮非線性因素、不能計及船舶結構低頻振動與高頻波動耦合影響因素的困難，提出船舶結構噪聲預報的時頻綜合預報法，并進行相應的數(shù)值驗證；研究表明：時頻綜合預報法不僅可解決現(xiàn)有船舶結構噪聲預報存在的上述困難，還可針對關心頻點噪聲進行詳細分析，以確定關心頻點船舶結構噪聲主導傳遞分量及主導傳遞途徑，可為船舶結構噪聲預報、評估及噪聲治理提供快速支持。針對船舶結構噪聲預報模型外流場域截斷及域外遠場聲輻射存在的問題，提出聲學無限元法應用于船舶結構噪聲預報模型，以降低模型計算規(guī)模、提高其計算精度，實現(xiàn)域外遠場聲輻射的快速預報。 最后，在前述研究基礎上，歸納總結，初步形成船舶結構噪聲截斷模型預報的系統(tǒng)化方法，規(guī)范船舶結構噪聲截斷模型預報流程；并結合水面船舶及水下航行器結構噪聲預報實際，給出船舶結構噪聲截斷模型預報方法實際應用的具體方法、流程，對水面船舶及水下航行器結構水下聲輻射特性進行初步分析，旨在為船舶結構噪聲截斷模型預報方法工程應用提供分析依據(jù)。
【圖文】：

論文結構圖

船 舶 水 下 振 動 聲 輻 射艦 船 結 構輸 入設 備系 統(tǒng)有 限 域 流 場 + 邊 界 條 件（b）截斷模型(b) Truncated model圖 2.4 船舶結構噪聲截斷模型示意圖Fig. 2.4 Scheme of truncated model of ship structural borne noise.4 船舶結構噪聲截斷模型預報原理有效性驗證為驗證截斷模型預報原理在船舶結構噪聲預報中的有效性，本文以某船舶動力艙構水下聲輻射為例，說明截斷模型預報方法在船舶結構噪聲預報中的的有效性。4.1 驗證模型簡介設 備設備
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TB535;U661

【參考文獻】

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本文編號：2646338