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原文传递弹性基础隔振系统水下声辐射及其主动控制仿真研究

论文题名：	弹性基础隔振系统水下声辐射及其主动控制仿真研究
关键词：	弹性基础;隔振系统;结构声辐射;主动噪声控制;声振耦合;仿真设计
摘要：	船舶动力机械振动向船体传递，引起船体振动并向水下辐射噪声，严重威胁舰船的隐蔽性。隔振是重要的船舶减振降噪技术，通过对振源的隔离，可有效降低振动向壳体的传递。在被动隔振系统上进一步实施主动控制，可弥补被动隔振系统在低频失效的缺陷。在以安静性为评价指标的隔振系统设计中，对动力机械输入能量向壳体声辐射能量的传递、转化机理的深入研究和理解，是实现对水下噪声精准抑制的前提和关键。本文建立了动力机械－隔振系统－壳体结构声辐射及主动控制一体化分析模型，旨在从能量角度，探讨隔振系统振动与壳体水下声辐射的定性、定量关系，进而从机理层面理解隔振系统的振动传递、壳体振动向声辐射的转化及壳体的水下振动特性，为隔振系统设计提供理论依据。　　为获得壳体在内部复杂激励下的振动特性，本文采用子结构导纳法，建立了动力机械－隔振系统－壳体结构动力学模型，并利用瑞利里兹法，求解弹性基础隔振系统的固有振动特性。根据船舶壳体结构特征，本文着重分析了将壳体抽象为矩形板或圆柱壳结构的情况。通过对整体模态振型的分析，探讨各子结构间的运动耦合形式及振动能量在子结构上的分布情况。并从功率流传递特性入手，揭示由设备输入能量至壳体振动能量的传递特性。并以实验对动力学仿真结果进行了验证。　　声辐射模态是结构声辐射特征的重要体现。本文推导并给出矩形板及圆柱壳的声辐射模态形状及辐射效率，并探讨了有限深度环境对平板声辐射模态辐射效率的影响，将声辐射模态理论进行解析模型拓展。进一步结合隔振系统振动传递特性，以壳体声辐射模态与振动模态的形状匹配程度作为分析角度，探讨隔振系统振动与壳体声辐射之间的内在联系，给出抑制壳体声辐射的系统结构优化建议。此外，考察了结构边界条件变化对振动?声能转化的影响。　　基于由激励至壳体的振动传递函数及壳体振动至声辐射的声场传递函数，本文研究了主动隔振技术对壳体声辐射的控制能力。探讨以声辐射功率、隔振器安装点振速平方、第1阶声辐射模态参与系数及输入功率流作为目标函数时，前馈控制的控制效果。以壳体辐射声功率为主，结合壳体振动功率、声压指向特性及控制力幅值，综合评价各目标函数的控制性能，剖析控制策略的有效机理及失效原因。此外，还考虑了主动控制布置对控制效果的影响，结合壳体结构特征，寻求具有针对性的优化控制参数及控制布置。通过探讨被控参数与声学性能指标之间的关联，研究以振动参数表征壳体声辐射的可行性及许用条件。　　为分析水对壳体振动响应的修改作用、剖析声?振耦合机理，本文提出根据声辐射抗矩阵估算结构水下模态频率的通用方法。通过推导水中圆柱壳的辐射抗矩阵解析表达式，以附加水质量在圆柱壳表面的分布入手，探讨声振耦合对结构振动模态频率的影响机理。通过推导平板在有限水深环境中的辐射抗矩阵解析表达式，讨论了深度变化对平板振动响应、声辐射及主动结构声控制效果的影响。
作者：	孙瑶
专业：	轮机工程
导师：	杨铁军
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文