正交加筋的无限长圆柱壳在水下的振动与声辐射特性

摘要

随着水声探测潜艇的手段和方法以及带有声制导的水下武器的不断完善,对潜艇的声学性能的要求越来越高.在保证潜艇结构强度的前提下,安静性和隐身性对提高潜艇的战斗力至关重要.声纳所探测的潜艇噪声包括两部分,一是螺旋桨运转带来的水动力噪声,二是潜艇主机工作时产生的不平衡力和力矩引起潜艇结构振动,带动流场振动从而辐射噪声.通过改进潜艇尾部线型设计,已将水动力噪声降到比较低的程度,而结构噪声则复杂得多,与许多因素有关.该文寻求潜艇耐压和非耐压船体结构受激振动辐射噪声的计算方法,分析潜艇结构辐射噪声的影响因素,对降低艇体振动和辐射的噪声,以及潜艇结构进行隐身优化设计、提高其战斗力具有十分重要的理论指导意义.该文在研究潜艇结构在水下的总体振动和声辐射特性时,将其简化为加筋(环肋、舱壁和纵骨)单层(耐压)或双层(耐压和非耐压)无限长圆柱壳,着重研究了加筋单层壳在水下的振动与声辐射特性.壳体的运动方程采用较为简单的Donnell理论描述,运动方程中包括了激励力、加筋结构(环肋、舱壁和纵骨)和流场对壳体的作用力,从而组成流场-结构的耦合振动方程,并进一步将方程中的位移用速度表示,然后沿轴线方向进行Fourier变换,将速度和各项荷载沿圆周方向进行模态展开,得到了壳体振动的模态运动方程.然后用Fourier变换分别求解环肋、舱壁、纵骨和流场的运动方程,将它们对壳体的作用力(力矩)用壳体周向模态展开,利用它们与壳体在连接处位移连续条件以及Fourier逆变换得到用壳体速度表示的模态相互作用力(力矩).将以上各项荷载和激励力代入壳体的模态运动方程,可求得壳体的模态径向速度,然后由稳相法得到远场声压的解析解.该文用MATLAB编制程序求解了单层壳在径向激励力作用下的远场声压级,分析了模态截断数、纵骨、舱壁板、结构阻尼等因素对壳体远场辐射声压的影响,为准确计算加筋双层壳在水下振动和声辐射特性奠定了基础.最后,该文还导出了由实肋板连接的加筋双层壳在水下振动和声辐射的理论公式.加筋结构和单层壳的情况相同,加筋结构和外流场对壳体的作用力的推导与单层壳的情况相同.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章单层无限长加筋圆柱壳水下声辐射理论

2.1引言

2.2环肋、舱壁和纵骨加强的无限长圆柱壳在水下的声辐射

2.2.1分析模型

2.2.2圆柱壳的运动方程

2.2.3外流场对圆柱壳的压力(声压)

2.2.4环肋与圆柱壳之间的相互作用力

2.2.5舱壁板与圆柱壳之间的相互作用力

2.2.6纵骨对圆柱壳的径向作用力

第三章单层壳水下声辐射数值分析

3.1引言

3.2模态运动方程组的求解

3.3圆柱壳的远场辐射声压

3.4数值结果与分析

第四章实肋板连接双层圆柱壳水下声辐射理论

4.1引言

4.2分析模型

4.3圆柱壳的运动方程

4.4外流场对外圆柱壳的压力

4.5内流场对内外圆柱壳的压力

4.6环肋与内圆柱壳之间相互作用力

4.7舱壁板与内圆柱壳之间相互作用力

4.8实肋板与内外圆柱壳之间相互作用力

4.8.1实肋板的面内伸缩振动

4.8.2实肋板的面外弯曲振动

4.9纵骨对外圆柱壳的径向作用力

4.10内圆柱壳受到的机械激励力

4.11模态运动方程

第五章全文总结

参考文献

致谢

附录