水下舱段振动噪声及复合材料基座对其影响研究

摘要

目前，舰船的振动噪声性能正得到越来越多的重视。长时间的振动，尤其是共振，很容易导致舰船结构和设备的破坏。同时，舱室和工作区域的振动与噪声会使人感到疲倦和烦躁，甚至对工作人员产生永久性伤害。在军事对抗上，振动噪声对雷达和声呐的影响更是巨大，水下声辐射的大小将直接影响双方侦查范围的大小。因此在舰船的制造过程中需要特别重视舰船的振动噪声性能。复合材料是一种力学性能优良、减振性能优秀、比强度高、比模量高、抗冲击、抗疲劳的新型材料，基于这些优点，将复合材料应用在基座结构，对提升舰船的减振技术具有重要的现实意义。
　　本文以带有基座结构的水下舱段为研究对象。首先采用有限元方法进行了无水层舱段的模态分析和频率响应分析；同时基于流固耦合有限元方法，研究了不同厚度水层下舱段各结构的振动特性；并且通过无限元方法，分析了无界水域中舱段各结构的振动特性；并将以上计算结果进行对比研究。然后基于边界元法和 Helmholtz积分方程，通过Fortran和Python语言编译程序，采用数值计算方法求解了舱段的远场声辐射，并将计算结果与Actran软件仿真结果进行了对比研究。最后基于经典层合板理论建立了带有复合材料基座的舱段有限元模型，研究了复合材料层合板不同应用和不同厚度比下的振动特性，并与之前的振动结果进行对比研究。
　　通过以上工作，得到了以下结论：
　　（1）水下舱段附加水层后振动均有一定程度的降低，并且降低程度与水层厚度有关；有限水层和无限水层下的计算结果较为一致；无界水域下的振动计算更为真实，但效率较低；0.4m水层的计算结果最接近无限水层。
　　（2）水下舱段的远场声辐射在0~100Hz逐渐升高，达到100Hz后趋于稳定；程序计算结果与有限元/边界元结果是一致的，程序是可行的。
　　（3）复合材料在基座面板的应用对减振最为有利，而复合材料在基座整体的应用效果最差；相比于其他运用情况，复合材料应用在面板时，边界层和夹芯层的厚度比为2:1较好，应用在腹板和肘板时，厚度比为1:1较好。总体来说，复合材料基座有利于抑制舱段振动。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景及意义

1.2 本课题的国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文的主要研究工作

第2章 舰船结构振动与声辐射理论

2.1 舰船结构振动研究

2.2 舰船振动结构的声辐射原理

2.3 水介质中结构振动与声耦合

2.4 本章小结

第3章 水下舱段结构振动特性分析

3.1 舱段有限元建模

3.2 舱段及平台模态分析

3.3 舱段结构振动传递分析

3.4 基于有限元法的有限水层舱段振动分析

3.5基于无限元法的无界水域舱段振动研究

3.6 本章小结

第4章 基于边界元算法的水下舱段声辐射研究

4.1 声学边界元算法的理论基础

4.2 声辐射计算程序开发研究

4.3 水下舱段声辐射对比研究

4.4 本章小结

第5章 基于复合材料隔振基座的舱段振动研究

5.1 复合材料层合板概述及本文应用

5.2 基于复合材料面板的舱段振动研究

5.3 基于复合材料肘板和腹板的舱段振动研究

5.4 基于复合材料隔振系统的舱段振动研究

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢