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水下结构声辐射和声传输的数值分析及主动控制模拟研究

黎胜  
【摘要】: 水下结构声辐射和声传输的数值分析和主动控制研究,具有重要的理论意义和应用前 景。基于数值模拟对舰船结构进行振动噪声的设计控制,能使舰船结构具有良好的动态特 性,满足舰船低振动、低噪声的设计要求。而对水下结构振动声辐射和声传输主动控制的 深入研究,以及将主动控制方法与被动控制方法相结合,应能够彻底地解决舰船结构的振 动噪声问题。本文采用数值方法对水下结构声辐射和声传输及其主动控制进行了计算研 究,现将论文的主要研究内容及创新性成果叙述如下: 采用边界元法以脉动球为例计算研究了自由表面对结构声辐射的影响,指出在低频和 自由表面距离结构较近时,自由表面对结构声辐射有较大影响,自由表面存在大大减小了 结构的辐射声功率,此时必须考虑自由表面对结构声辐射的影响。 采用有限元法和基于表面Rayleigh积分的边界元法对无限障板中的加筋板和复合材 料层合板,建立了在低频简谐平面声波斜入射情况下,声波由空气经结构向水中传输的计 算模型,并利用该模型计算研究了加筋板和复合材料层合板的声传输特性。数值计算表明: 当声波从空气经结构向水中传输时,当板的刚度较小时,空气和水两种流体介质间的特性 声阻抗失配对声传输起了支配作用,此时板的刚度相对而言显得并不重要。但当板的刚度 较大时,板的刚度对声传输也有较大影响。对复合材料层合板结构声传输的研究表明,即 使在相同材料、相同层数和相同厚度情况下,不同的铺设角度和铺设方式仍会对层合板的 传声损失产生较大影响,这在复合材料结构声学设计中是值得注意的。 采用有限元法和边界元法建立了复杂结构声辐射的振动模态分析模型和辐射模态分 析模型。研究了振动模态间的耦合对辐射声功率的影响,指出振动模态间的耦合可能会增 大结构辐射声功率,也可能会减小结构辐射声功率,或对辐射声功率没有影响。而且,当 振动模态间的耦合作用对辐射声功率的影响不大时,采用振动模态控制可取得较好的减振 降噪双重控制效果。基于所建立的任意复杂结构声辐射的辐射模态分析模型,对正方形封 闭空间结构的声辐射进行了辐射模态分析,给出了正方形封闭空间结构的辐射效率和辐射 模态形状。 基于有限元法和边界元法,采用负速度反馈控制,对水下含压电层和粘弹性层层合板 的振动声辐射和声传输进行了主动阻尼控制和主被动阻尼控制研究。数值模拟表明,主动 阻尼控制和主被动阻尼控制能有效地降低板的均方速度和辐射声功率,特别是主被动阻尼 控制有着非常好的阻尼控制效果。可较好的抑制结构的振动声辐射。


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