水下粘弹性复合圆柱壳声振耦合机理研究
以水下结构减振降噪和声辐射预报为研究背景，开展了水下粘弹性复合圆柱壳的振动声辐射建模及耦合机理等方面的研究。 采用粘弹性理论描述覆盖层运动，建立了敷设均匀粘弹性覆盖层圆柱壳的振动声辐射理论计算模型，分析了覆盖层的抑振去耦特性。分析了覆盖层建模中的矩阵病态性问题，指出特殊函数及其导数的存在使得矩阵元素大小分布严重失衡，是导致矩阵病态性的主要原因，这可导致计算结果的严重奇异性。提出了矩阵平衡化处理和去零化处理方法，大大降低了矩阵的病态性。提出了覆盖层直角坐标变换的建模方法，在降低矩阵病态性的同时，提高了计算速度。 实际覆盖层结构复杂，耦合状态下参数难以获取，给建模预报带来了困难。为此提出了将覆盖层等效为均匀粘弹性层的等效参数建模方法，并提出了基于结构均方振速理论计算值和试验测量值进行匹配的覆盖层等效参数反演方法。通过仿真计算，分别开展了多层复合覆盖层和含空腔覆盖层的等效参数反演研究，针对反演参数随频率变化剧烈的情况，提出了频带误差平均处理和曲线平滑处理方法。仿真计算表明，在中低频段，基于等效参数法进行覆盖层建模，然后计算复合圆柱壳声辐射的方法是可行的。 考虑环肋、实肋板、内外壳覆盖层等结构建立了水下环向加强圆柱壳的振动声辐射理论计算模型，并进行了数值验证。研究了覆盖层对双层圆柱壳的隔声去耦作用，表明覆盖层敷设在外壳的降噪效果要明显好于敷设在内壳。研究了外壳对双层圆柱壳声辐射的贡献和作用，提出了直接基于内壳振动计算模型辐射声功率的方法，并针对外壳敷设覆盖层的情况提出了修正方法，算例平均误差小于3dB。研究了内外壳间振动声辐射耦合特性，研究表明，同时对壳间水层和实肋板这两个耦合通道进行综合声振去耦，可较好的降低双层圆柱壳的声辐射水平。 对传统的纵肋建模方法进行改进，同时考虑纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动，建立了水下纵肋加强圆柱壳振动声辐射模型，计算结果与数值计算结果吻合较好。研究了纵肋对圆柱壳振动声辐射的影响，研究表明纵肋引起的圆柱壳周向模态耦合导致圆柱壳低频产生了较多声辐射峰，这对圆柱壳低频减振降噪是不利的。比较了环肋加强与纵肋加强圆柱壳的振动声辐射特性，研究表明，在环肋加强的基础上引入纵肋加强，有助于降低圆柱壳的振动及声辐射水平。 开展了单、双层复合圆柱壳振动声辐射湖上试验。提出了内壳(或单壳)均方振速到模型辐射声功率的振声传递效率的概念，基于内壳(或单壳)均方振速的试验测量预报了双层(或单层)圆柱壳的辐射声功率，解决了激励力位置确定但幅值未知情况下的声辐射预报问题，预报结果随频率变化趋势与试验测量值基本吻合。基于壳体均方振速的理论计算与试验测量进行匹配的方法，反演了覆盖层等效参数，预报了敷设覆盖层单层圆柱壳的辐射声功率，预报结果随频率变化趋势与试验测量值基本吻合。试验研究了覆盖层的抑振去耦特性，结果表明，覆盖层的抑振去耦特性主要体现在中高频段，外壳敷设覆盖层的降噪效果好于内壳敷设的情况，这与理论研究规律是一致的。
水下粘弹性复合圆柱壳;振动声辐射理论;耦合机理;数值验证
哈尔滨工程大学
博士
水声工程
李琪
2014
中文
TV323
174
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）