水下航行器艉部结构振动噪声特性及优化设计

摘要

水下航行器艉部由于其位置特殊性，会同时受结构动力装置、轴系、艉部伴流等多源激励共同耦合作用，是水下航行器振动声辐射控制的关键和重点考核区域，其振动声辐射严重影响着水下航行器的整体振动声辐射水平。因此，水下航行器艉部结构振动噪声特性研究及其低噪声优化设计具有重要的理论价值与工程背景。本文以水下航行器艉部结构低噪声优化设计为目标，开展了艉部结构损耗特性、艉部结构振动声辐射影响因素及规律、艉部结构振动模态分析及优化设计研究，最终提出了艉部低噪声优化方案与设计方法。
　　首先从艉部结构损耗特性出发，探索了温度、频率、材料属性、结构形式及尺寸等因素对结构损耗特性的影响规律。数值仿真结果表明，结构损耗因子数值大小会对艉部结构振动声辐射的仿真结果产生重要影响。因此，本文开展了水下航行器艉部典型结构损耗特性试验，获得了准确的结构损耗因子用于艉部结构损耗特性分析及艉部振动声辐射仿真。
　　在此基础上，探索了结构形式与特征参数对艉部结构振动声辐射的影响规律，为艉部结构优化设计打下了基础。具体工作为:基于声固耦合分析方法，建立艉部结构振动声辐射仿真计算模型，分别考察艉部结构、环肋结构、纵向加强筋结构、壳体参数、舱壁参数、环肋参数、纵向加强筋参数等对艉部振动声辐射的影响规律。
　　同时，开展水下航行器艉部结构振动模态分析，探索艉部结构形式与特征参数对振动模态的影响。初步探索艉部结构振动模态与结构振动声辐射的关系，提出通过振动模态控制进行艉部结构振动声辐射的优化设计。
　　最后，建立艉部结构低噪声设计数学模型，明确低噪声优化设计目标。依据前文所述规律研究及模态控制方法，提出相应的优化设计方案并通过数值仿真分析了其优化及控制效果，满足了设计目标要求。通过本文中低噪声优化设计方法，可有效的达到振动声辐射控制要求，实现设计阶段完成艉部结构低噪声优化设计的目标。
　　本文开展了结构损耗特性试验研究、结构形式与特征参数对水下航行器艉部结构振动声辐射特性影响研究，初探了基于结构振动模态分析的振动模态与结构振动声辐射关系，为水下航行器艉部结构低噪声设计提供思路与方法。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．2．1艉部结构振动声辐射研究概况

1．2．2艉部结构低噪声优化设计概况

1．3本文主要研究内容

1．4本论文的结构框架

第2章水下航行器艉部结构损耗特性研究

2．1引言

2．2结构损耗特性基本理论

2．2．1材料损耗机理

2．2．2结构损耗特性主要影响因素

2．2．3表征结构损耗特性的物理量

2．3结构损耗特性对艉部结构振动的影响

2．4水下航行器艉部结构损耗特性试验

2．4．1试验原理及方法

2．4．2试验结果及数据分析

2．5本章小结

第3章结构形式及特征参数对艉部结构振动声辐射影响研究

3．1引言

3．2典型激励下艉部结构振动声辐射特性

3．2．1声固耦合分析方法理论基础

3．2．2艉部结构声固耦合分析模型建立

3．2．3艉部结构振动声辐射特性分析

3．3结构形式对水下航行器艉部结构振动声辐射的影响

3．3．1舱壁结构影响分析

3．3．2环肋结构影响分析

3．3．3纵向加强筋结构影响分析

3．4结构特征参数对水下航行器艉部结构振动声辐射的影响

3．4．1壳体厚度参数影响分析

3．4．2舱壁厚度参数影响分析

3．4．3环肋参数影响分析

3．4．4纵向加强筋参数影响分析

3．5本章小结

第4章艉部结构振动模态分析及低噪声优化设计

4．1引言

4．2水下航行器艉部结构振动模态分析

4．2．1艉部结构振动模态分析

4．2．2结构形式对振动模态影响研究

4．2．3结构特征参数对振动模态影响研究

4．3艉部结构振动模态与结构振动声辐射关系初探

4．3．1艉部结构振动模态与结构振动关系分析

4．3．2艉部结构振动模态与结构声辐射关系初探

4．4水下航行器艉部结构低噪声优化设计

4．4．1艉部结构低噪声设计数学模型

4．4．2艉部结构低噪声设计方案及优化效果

4．4．3艉部结构低噪声优化设计方法

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢