轻外壳对双层壳体结构水下辐射声影响研究

摘要

潜艇的最大特点就是机动性和隐身性，并由此决定了其在海战中的突袭优势和威慑作用，可见潜艇良好的声隐身性能是保证其战斗力的关键所在。结构的振动和声辐射对潜艇的隐身性有着非常重要的影响，降低潜艇的振动与辐射噪声不仅可以提高自身的隐蔽性，而且还可以增大自身声纳系统的作用距离，从而大大提高其水下对抗能力。因此，对潜艇典型结构的水下单双层结构壳体振动与声辐射的研究有重要的意义。 本文在研究结构振动声辐射的理论基础上，讨论了圆柱壳体、圆锥加帽壳体、椭球壳体三组单双层壳体结构在流场中振动声辐射的数值计算方法，并建立了其有限元和边界元分析模型。根据有限元软件ANSYS和边界元软件SYSNOISE的特点，将两者有机结合起来，数值计算研究了三组壳体结构模型的声辐射问题。先利用有限元软件ANSYS计算潜艇结构和外部流体介质的耦合振动，得到耦合振动的节点位移响应值。再利用边界元软件SYSNOISE计算了壳体结构的辐射声功率和辐射效率等声学量。借助这两个软件计算得出壳体在流场中的振动声辐射特性，分析了轻外壳对壳体振动声辐射的影响。 本文分析计算了不同形状壳体结构在单点简谐激振力作用下产生的结构振动和声辐射特性。通过比对单双层壳体结构以及改变双壳结构外壳、肋骨厚度情况的振动声辐射特性，综合分析后得出轻外壳对双层壳体结构水下辐射声的影响。 本文给出的结论对于潜艇噪声预报，降低潜艇的噪声及其研制和开发有着一定的借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本论文的研究目的和立题意义

1.2结构声辐射研究的发展概况

1.2.1国内外的研究现状

1.2.2结构噪声特性分析与预报

1.2.3结构声辐射问题的数值方法

1.2.4边界元方法的研究

1.3本文的研究内容及方法

第2章壳体结构振动声辐射的有限元理论

2.1有限元法的基本理论

2.2流固耦合的基本理论

2.3弹性结构与流体耦合振动声辐射的有限元计算基本方法

2.4 ANSYS软件简介

2.5本章小结

第3章壳体结构振动声辐射的边界元理论

3.1边界元法的基本理论

3.1.1边界元法简介

3.1.2有限元、边界元方法对比

3.2结构振动与声辐射理论

3.2.1结构振动与声辐射的一般关系

3.2.2结构振动声辐射的声学基础

3.3边界元声辐射计算基本方法

3.4 SYSNOISE软件简介

3.5本章小结

第4章壳体结构振动声辐射的有限元计算与分析

4.1圆柱壳体的有限元数值计算

4.1.1双层壳体计算模型

4.1.2计算结果收敛性验证

4.1.3单层壳体计算模型

4.1.4模态计算结果

4.1.5谐响应计算结果

4.2圆锥加帽壳体的有限元数值计算

4.2.1双层壳体计算模型

4.2.2单层壳体计算模型

4.2.3模态计算结果

4.2.4谐响应计算结果

4.3椭球壳体的有限元数值计算

4.3.1双层壳体计算模型

4.3.2单层壳体计算模型

4.3.3模态计算结果

4.3.4谐响应计算结果

4.4APDL参数化编程的探讨

4.5本章小结

第5章壳体结构振动声辐射的边界元计算与分析

5.1圆柱壳体的边界元数值计算

5.1.1辐射声功率、辐射效率

5.1.2近场声压

5.1.3远场指向性

5.2圆锥加帽壳体的边界元数值计算

5.2.1辐射声功率、辐射效率

5.2.2近场声压

5.2.3远场指向性

5.3椭球壳体的边界元数值计算

5.3.1辐射声功率、辐射效率

5.3.2近场声压

5.3.3远场指向性

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢