基于虚拟质量法的水下壳体结构振动噪声计算和特性分析

摘要

复杂壳体结构是水下航行体的重要结构形式，对其振动噪声进行准确的预报，对水下航行体结构特性评估和结构声学设计具有重要的意义。本文针对水下壳体结构的振动和噪声特性分析问题，研究虚拟质量法在水下结构振动和声学分析中的应用，开展了如下研究工作：
　　首先，本文以箱式结构为例研究了建模参数设置对虚拟质量法的影响，并应用该方法计算分析了双层圆柱壳结构在外部流体存在和内外流体均存在两种情况下的湿模态和振动响应特性。在此基础上应用 BEM法对其进行声辐射计算，同时应用FEM-BEM方法对结果进行对比验证。
　　其次，本文基于大涡模拟湍流模型计算了指挥台围壳绕流流场信息，采用声学边界元法求解其流噪声声场，并讨论不同来流速度和线型下的流噪声特性。在此基础上，本文将指挥台围壳表面的脉动压力作为激励，求出结构的振动速度，从而求出流固耦合作用下指挥台围壳结构振动向外辐射的流激噪声。本文还详细讨论了不同来流速度、外壳厚度和线型下的流激噪声结果，并比较了围壳结构流噪声和流激噪声之间的关系。
　　再次，本文建立尾部结构的有限元模型和流场计算模型，讨论其静止域与旋转域之间的连接方式，并基于LES湍流模型对其进行流场特性分析。在得到尾部结构表面脉动压力的结果之后，进行流噪声和流激噪声的计算研究。最后，对比尾部结构流噪声和流激噪声之间的关系。
　　相对于传统材料来说复合材料具有很多的优势，所以其在水下壳体结构上的应用变得越来越广泛，对复杂壳体进行层合结构建模已经成为了一个重要的研究方向。本文首先针对圆柱壳结构讨论了层合结构材料参数和铺层方案与壳体振动响应之间的关系。在前面研究的基础上，进一步分析了由复合层合材料构造的水下壳体结构的振动声辐射和流激噪声特性，并与钢材料壳体结构的计算结果进行对比。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 基于虚拟质量法的水下壳体结构振动噪声计算和特性分析

2.1引言

2.2理论基础

2.3应用虚拟质量法计算湿模态方法研究

2.4应用有限元法计算湿模态方法研究

2.5外部流体存在时湿模态计算方法研究

2.6内外流体均存在时湿模态计算方法研究

2.7本章小结

第3章 指挥台围壳流噪声和流激噪声特性研究

3.1引言

3.2大涡模拟控制方程

3.3指挥台围壳绕流流场的数值模拟

3.4流噪声的特性分析

3.5流激噪声的特性分析

3.6流噪声、流激噪声之间的对比分析

3.7本章小结

第4章 尾部结构流噪声和流激噪声特性研究

4.1尾部结构绕流流场的数值模拟

4.2流噪声的特性分析

4.3流激噪声的特性分析

4.4流噪声、流激噪声之间的对比分析

4.5本章小结

第5章 水下复合材料层合结构振动噪声计算和特性分析

5.1引言

5.2层合结构的基本理论

5.3复合材料施加方法验证

5.4水下复合材料圆柱壳结构的振动和声辐射计算研究

5.5复合材料壳体结构的流激噪声特性分析

5.6本章小结

结论与展望

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