基于解析子結(jié)構(gòu)法的加筋錐-柱-球組合殼體耦合聲振特性研究.pdf

1、水下航行體振動輻射噪聲預(yù)報是進(jìn)行定量聲學(xué)設(shè)計(jì)、減振降噪設(shè)計(jì)等工作的理論基礎(chǔ)和重要依據(jù)。圓柱殼、圓錐殼、圓球殼及錐-柱-球、球-柱-球等組合殼體作為水下航行體的主要結(jié)構(gòu)成分及簡化模型,對其耦合聲振特性進(jìn)行研究是了解水下航行體振動聲學(xué)性能的基礎(chǔ),同時也為水下航行體的結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)意義。本文基于殼體動力學(xué)理論及聲場Helmholtz波動方程,建立了大分艙加筋圓柱殼、加筋圓錐殼、圓球殼及其組合殼體的耦合聲振特性數(shù)理模型,提出了水下航

2、行體耦合聲振特性快速預(yù)報的解析子結(jié)構(gòu)法,對水下航行體耦合聲振特性進(jìn)行了研究。
　　針對帶有框架肋骨的大分艙加筋圓柱殼體以及帶有艙壁的小分艙圓柱殼體,為了解決框架肋骨及艙壁的存在引起的加筋不均勻和殼體不連續(xù)的難題,所有的加筋、框架肋骨和艙壁都被當(dāng)成離散單元進(jìn)行處理。根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同(圓柱殼、圓環(huán)板),將整個結(jié)構(gòu)劃分成不同的子結(jié)構(gòu),不同的子結(jié)構(gòu)采用相應(yīng)的動力學(xué)偏微分方程進(jìn)行描述,整個加筋圓柱殼體被離散成包含有圓柱殼體、圓環(huán)板和艙壁板

3、的不同子結(jié)構(gòu)。在有限元理論中單元內(nèi)部的場變量都是采用局部的、非精確的形函數(shù)進(jìn)行逼近,通常情況下是多項(xiàng)式逼近。類比有限元理論,在解析子結(jié)構(gòu)法中,不同的子結(jié)構(gòu)采用不同的解析位移函數(shù)進(jìn)行描述,這些位移函數(shù)能夠精確滿足相應(yīng)動力學(xué)方程。圓柱殼體的位移采用八個波函數(shù)疊加的形式進(jìn)行展開,圓環(huán)板及艙壁采用貝塞爾函數(shù)不同的組合疊加的形式進(jìn)行展開,最后通過不同子結(jié)構(gòu)之間的位移和力連續(xù)條件,結(jié)合圓柱殼體兩端的邊界條件進(jìn)行大分艙加筋圓柱殼體固有頻率及頻響的求解

4、。為了解決流體負(fù)載的存在引起的振動與聲場之間的耦合問題,將振動場與聲場分開進(jìn)行求解,通過搜索水中圓柱殼體的復(fù)波數(shù)代替真空中圓柱殼體八個波函數(shù)中的復(fù)波數(shù)來考慮流體負(fù)載的影響,在求解得到結(jié)構(gòu)表面的振動場之后采用單元輻射疊加法求解輻射聲場。
　　針對加筋圓錐殼體,整個結(jié)構(gòu)被離散成圓錐殼體、圓環(huán)板的不同子結(jié)構(gòu)。圓錐殼體的位移采用冪級數(shù)法進(jìn)行展開,通過將圓錐殼體及圓環(huán)板的位移及內(nèi)力統(tǒng)一在柱坐標(biāo)下進(jìn)行描述建立不同子結(jié)構(gòu)之間的位移和力連續(xù)條件,

5、結(jié)合圓錐殼體兩端的邊界條件進(jìn)行加筋圓錐殼體固有頻率和頻響特性的求解。為了解決流體負(fù)載的存在引起的圓錐殼體復(fù)波數(shù)搜索困難的問題,將每段圓錐殼體子結(jié)構(gòu)等效為圓柱殼體進(jìn)行考慮,在求解得到圓錐殼體結(jié)構(gòu)表面的振速場之后采用單元輻射疊加法求解聲場。
　　針對一端開口球殼,通過引入輔助函數(shù)將圓球殼體的五個運(yùn)動方程簡化為解耦的三個方程,方程的解寫成貝塞爾函數(shù)疊加的形式進(jìn)行描述,貝塞爾函數(shù)自變量的值通過求解與三個方程相對應(yīng)的特征方程的根來求得,最后

6、結(jié)合開口球殼的邊界條件求解其固有頻率和頻響特性。流體負(fù)載的影響通過在殼體的運(yùn)動方程右邊引入輻射聲壓項(xiàng)來考慮,最終在求解特征方程時來體現(xiàn)。在求解得到殼體表面的振速分布后,采用單元輻射疊加法求解聲場。
　　最后,將以上三種殼體進(jìn)行組合,并且統(tǒng)一在柱坐標(biāo)下進(jìn)行描述,利用不同殼體之間的連續(xù)條件結(jié)合邊界條件求解包含有內(nèi)部艙壁、框架肋骨的真空中和水下加筋錐-柱-球、球-柱-球組合殼體的固有頻率及頻響特性。利用單元輻射疊加法求解輻射聲場。