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水下吸声材料数值仿真与优化设计

杜灵根  
【摘要】:空腔吸声结构和尖劈吸声结构是两种常用的吸声结构,将空腔结构和尖劈结构进行结合,可以增大吸声体在高频范围内的吸声系数和吸声频带宽度,并改善吸声体在低频范围内的吸声性能。由于声纳的波段不断向低频方向发展,在低频范围内吸声降噪能力较低的水下航行器被敌方发现的危险性日趋增大。因此,研究在低频范围内具有良好吸声降噪能力的水下吸声体具有重要的理论价值和现实意义。 本文建立了水下带空腔吸声平板结构和水下带空腔吸声尖劈结构的有限元模型,并利用有限区域截断模拟无限区域流体,建立了吸声结构外围流体的有限元模型。在流体单元和结构单元接触界面处设置流体-结构耦合界面,从而建立了流体和结构的耦合有限元模型,采用阻抗匹配等声学条件将结构动力学问题和声学问题相连结,通过计算吸声结构表面质点的位移和吸声结构表面流体中声压值间接得到水下吸声结构的声反射系数和吸声系数。计算结果表明,空腔结构的谐振作用增强了水下结构在低频范围内的吸声性能。 文中采用有限元分析软件ANSYS和数值计算软件MATLAB对水下带空腔平板吸声结构和水下带空腔尖劈吸声结构的吸声性能进行了研究,分析了弹性模量、泊松比等材料参数和静水压力等因素对水下吸声结构吸声性能的影响。同时,利用ANSYS软件提供的参数化设计语言APDL (ANSYS Parametric Design Language)编制了宏文件,结合VB软件对有限元软件ANSYS和数据后处理所使用的计算软件MATLAB进行了二次开发,得到水下吸声材料声学性能仿真软件,可应用于水下空腔吸声结构及吸声材料的优化设计。


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