縱向激勵下水下加筋圓錐殼振動與聲輻射性能機理研究

《縱向激勵下水下加筋圓錐殼振動與聲輻射性能機理研究》是依託華中科技大學，由陳美霞擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：縱向激勵下水下加筋圓錐殼振動與聲輻射性能機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳美霞
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

從螺旋槳激勵下艇體結構振動與聲輻射問題工程實際問題抽象成本項目研究的縱向激勵下水下加筋圓錐殼振動與聲輻射性能數理問題，採用解析方法、模型試驗對其機理進行研究，主要研究內容：① 基於冪級數法和基於等效圓柱殼理論的水下加筋圓錐殼振動與聲輻射理論研究；② 著眼於半錐角、結構參數及縱向激勵力偏心的影響，研究水下加筋圓錐殼結構振聲特性及機理；研究縱向激勵力與等幅值偶極子聲源作用下圓錐殼振聲性能；③ 從錐頂角、泊松效應、流固耦合等方面，對比研究縱向力激勵、垂向力激勵下圓錐殼、圓柱殼聲振特性，探索兩者機理異同；④ 水下加筋圓錐殼、圓柱殼振動與聲輻射模型試驗及數值分析。.本項目為螺旋槳激勵下艇體結構振動聲輻射問題的研究提供一種新的思路和方法，具有原創性，研究成果能夠為螺旋槳激勵下潛艇縱向振動特性、艉部結構聲學設計、推力軸承的聲學設計提供了理論指導，具有重要的工程和軍事意義。

結題摘要

航行狀態下，螺旋槳產生的脈動壓力是引起潛艇輻射噪聲的主要激勵之一，這種激勵引起潛艇輻射噪聲與潛艇艉部結構密切相關，因而“螺旋槳激勵下艇體的振動聲輻射問題”可簡化為“縱向激勵水下加筋圓錐振動聲輻射問題”。在此背景下，以加筋圓錐殼為研究對象，基於冪級數法建立了水下加筋圓錐殼振動聲輻射運動方程，通過與有限元/邊界元對比驗證了該方法的正確性，並採用Matlab編制了加筋圓錐殼聲振計算軟體。以圓錐殼強度分析中等效圓柱殼理論為基礎，採用波動法建立了水下等效圓柱殼聲振耦合方程。分析了大小端半徑比A、半錐角B、母線長與平均半徑比C和殼體厚度等參數對等效精度的影響：A、B和C是影響等效精度三個主要因素；B相同時，A和C越小等效精度越高。採用冪級數法研究了半錐角、殼體厚度、加筋等結構參數及對稱軸向激勵、非對稱軸向激勵對加筋圓錐殼聲振特性影響，結果表明：對稱激勵只能激起結構軸對稱模態，其聲振回響明顯小於非對稱激勵。考慮到經典公式無法準確描述偶極子近場輻射聲壓，提出了一種求解偶極子作用下加筋圓錐殼振動聲輻射的半解析半數值方法：採用Virtual.Lab軟體計算得到偶極子作用於剛性圓錐殼表面聲壓，將其等效為分布力後採用冪級數法求解。通過與有限元/邊界元計算得到結果對比，驗證半解析半數值正確性。對比了對稱軸向激勵、非對稱軸向激勵及偶極子激勵三種激勵下加筋圓錐殼的聲振特性，結果表明：非對稱軸向激勵激起的結構聲振回響高於對稱軸向激勵和偶極子激勵，而偶極子激勵最小。最後，設計建造了加筋圓錐殼和等效加筋圓柱殼模型，並進行了垂向激勵、縱向中心激勵和縱向偏心激勵下水下加筋圓錐殼和圓柱殼聲振試驗。試驗和解析法對比結果驗證了本課題方法的正確性；加筋圓錐殼和加筋圓柱殼振動聲輻射對比結果表明：低頻時圓錐殼和圓柱殼結果一致，進一步說明了等效圓柱殼理論的合理性；高頻率時圓錐殼的振動輻射聲壓高於圓柱殼。本課題完成時，發表論文25篇，其中SCI收錄6篇、EI收錄7篇。