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原文传递手性声学覆盖层结构降噪机理及实验研究

论文题名：	手性声学覆盖层结构降噪机理及实验研究
关键词：	舰船声隐身;手性结构;降噪机理;抑制性能
摘要：	舰船声隐身技术是提高舰船生存能力的重要手段。本文在探索项目“抗冲击隔声瓦研究”和自然科学基金项目“手性覆盖层水下隔声抑振机理研究”的支持下，针对加筋板结构声辐射特性，提出在加筋板湿表面敷设柔性芯层声学覆盖层，将声辐射面从加筋板高声辐射法向振速分布，转变为覆盖层表面低声辐射法向振速分布，实现加筋板特定频段上声辐射抑制的方法。在此基础上，设计新型手性声学覆盖层，并进行振动和声辐射实验研究。主要完成以下几个方面的工作：　　（1）建立敷设和不敷设柔性芯层覆盖层的加筋板声振耦合简化和等效模型，并通过模态分析和谐响应分析方法，研究空气和水中柔性芯层覆盖层协调变形机理及其作用机制，探讨覆盖层和加筋板参数匹配方法。研究结果表明，加筋板高声辐射模态，经过柔性芯层传递后，转变为覆盖层表面低声辐射射模态，从而实现加筋板结构声辐射抑制。在此基础上，构建了柔性芯层覆盖层，并分析其振动隔离和声辐射抑制特性，分析结果表明，两连接手性结构具有将纵向振动转变为旋转振动能力；在相同的耐压性下，两韧带手性结构芯层覆盖层具有较好的低频声辐射抑制性能。　　（2）为改善柔性芯层声学覆盖层声辐射抑制性能，基于周期结构理论和有限元方法，分析几何尺寸和局域共振子对手性单胞禁带特性的影响机制，讨论与禁带相对应的手性结构和局域共振子振动模态特征，并建立对应局域共振机理的禁带起始频率计算模型。在此基础上，构建手性周期覆盖层和梯度手性覆盖层，并分析其振动隔离和声辐射抑制特性。结果表明，在禁带区域上，手性周期结构能抑制加筋板振动并阻隔振动向覆盖层表面传递，降低覆盖层湿表面振动，并能改变覆盖层表面振动形状，降低覆盖层湿表面声辐射效率，从而降低结构声辐射。此外，开展填充和不填充局域共振子手性周期结构振动传递性实验，对局域共振机理进行了验证。　　（3）基于上述研究，针对水面舰船加筋结构，设计橡胶材料手性周期多孔声学覆盖层。基于有限元方法建立手性多孔覆盖层模型，并分析菱形排列和方形排列手性多孔覆盖层协调变形结构降噪特性、禁带特性和阻尼效应。结果表明，菱形排列手性多孔覆盖层低频结构降噪性能相对较高。　　（4）在手性多孔覆盖层结构降噪设计的基础上，研究手性多孔覆盖层在舰船结构降噪中的应用。基于渐进均匀化理论，建立手性多孔覆盖层等效弹性模量计算模型，并对其进行算例验证。应用手性覆盖层等效弹性参数，建立敷设手性多孔覆盖层舰船声辐射预报模型，分析手性多孔覆盖层的声辐射抑制性能。结果表明，与实心橡胶层相比，手性多孔覆盖层的结构降噪性能较高。　　（5）在手性覆盖层机理及应用研究基础上，制备橡胶材料手性多孔覆盖层，并开展敷设手性多孔覆盖层加筋板振动和声辐射实验。设计空气和水中敷设和不敷设手性多孔覆盖层加筋板振动和声辐射实验，验证覆盖层的协调变形结构降噪机理、禁带特性和阻尼特性。实验结果表明，与实心橡胶层相比，手性多孔覆盖层低频结构降噪性能相对较弱。并据此，开展覆盖层改进设计和相应的实验验证。
作者：	朱大巍
专业：	机械设计与理论
导师：	华宏星
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文