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《哈尔滨工程大学》 2014年
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复合平板结构水下声辐射预报方法研究

胡昊灏  
【摘要】:复合矩形板是构成船舶、潜艇的基本单元,研究其水下声辐射问题,是研究船舶、潜艇声隐身问题的基础。根据复合板的构造和功能不同,本文研究了四类不同的复合板的水下声辐射问题:自由阻尼层复合板、约束阻尼层复合板(夹芯板)、热粘性夹芯板、纤维增强的复合层合板。前两类为典型阻尼结构,本文旨在给出一种相对传统方法计算量小而精度高的方法。而后两类为新型的复合结构,关于它们的水下声辐射问题以往文献鲜有涉及,因此给出它们的声辐射预报方法以及声辐射特性很重要。本文所做的主要工作如下:(1)研究了有障和无障时矩形板水下声辐射问题,并提出一种快速计算矩形板模态声辐射阻抗的方法,该方法也为后面章节求解复合板声辐射提供研究基础。分频段比较了圆柱壳与矩形板的声辐射特性,为在高频段采用平板代替圆柱壳来研究其声辐射特性提供理论支撑。(2)提出了一种处理自由阻尼层复合板水下声辐射的简单计算方法,该方法用Kirchhoff理论描述底板运动,用Mindlin理论描述覆盖层运动,结合哈密顿原理,得到了复合板的运动方程。并将该方法与三维弹性理论方法,类流体理论方法进行比较,指出了该算法在求解复合板水下声辐射的优势。(3)提出了一种用于分析夹芯板声辐射的简化离散层理论,该理论利用层间位移及应力传递矩阵化简传统离散层位移场,再利用哈密顿原理推导出夹芯板运动方程。研究表明该理论具有求解精度高,计算速度快等优点。在此基础上给出了一种用于工程评估夹芯板声辐射的等效薄板理论,研究表明中低频段与精确解吻合较好。(4)建立了热粘性夹芯板的声辐射模型,结合热粘性流体的基本理论,采用一阶渐进展开法得到了系统运动方程,并求得了系统的等效损耗因子,发现热粘性夹芯板的损耗因子不随频率和温度的改变而改变,这相对于粘弹性夹芯板分析声辐射问题更为方便。通过计算发现热粘性流体的厚度与粘滞剪切系数是影响系统阻尼和声辐射的重要因素。(5)提出了用于分析复合层合板水下声辐射的简化三阶剪切形变理论,该理论采用非线性应变和位移分布,更符合实际情况。将其与经典层合板理论、一阶剪切形变理论进行对比,指出了三阶剪切形变在分析厚板高频声辐射问题时的优越性。随后分析了弹性模量,铺层厚度,纤维铺设角等因素对声辐射的影响,为复合层合板低噪声设计提供理论基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U661.44

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