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渐变式空腔水下吸声结构设计及性能研究
| 论文题名： | 渐变式空腔水下吸声结构设计及性能研究 |
| 关键词： | 水下吸声结构;遗传算法;并联设计;潜艇 |
| 摘要： | 潜艇作为维护国家海洋安全的重要战略性武器，其隐身性能对其安全性有着重要影响。故研制出一种具有良好吸声性能的水下吸声结构对于提升潜艇的隐身能力有着重要意义。本文基于传统含空腔的水下吸声结构和并联排列的设计理念，以实现较好的低频、宽带吸声和耐压性能为目标，设计含渐变式空腔的水下吸声结构。 在理论部分，论述选择插值型空腔结构作为水下吸声结构腔型的原因，并构建用于其结构优化设计的遗传算法；设计水下吸声结构制造工艺流程并介绍水下吸声性能测试的所需的测试条件及原理，以便于后续通过实验验证水下吸声结构有限元仿真模型的正确性。 在仿真分析部分，建立水下吸声结构仿真模型，通过降维的方式将三维模型转化成二维模型，通过声学性能测试验证水下吸声结构仿真模型的正确性；探究压力声学和固体力学各部分、水下吸声结构结构参数和材料参数对于水下吸声结构吸声性能的影响，结果表明单一结构实现宽频吸声较难，需要采用并联排列的方式来获得较为宽频的吸声效果；基于水下吸声结构位移图和功耗密度图，分析其吸声机理，得出各吸收峰/谷出现的原因。 在结构设计优化部分，基于含插值型空腔的水下吸声结构，逐步改进其低频、耐压和可加工性能，先后提出了改进型、抗压型和梯度圆环型空腔水下吸声结构，最终设计出一款在700Hz取得最大吸声系数为0.99，吸声系数大于0.7的频段为550~1000Hz的水下吸声结构；基于低频下改进后的水下吸声结构，优化出具有耐压性能的中高频水下吸声结构，通过对比改进型和抗压型空腔结构的吸声性能，最终选择抗压型空腔，并优化出从1800~10000Hz具有超过0.7的吸声系数的结构；并通最后通过并联设计的方式，牺牲一定的吸声性能，获得了从900~10000Hz具有超过0.7的吸声系数的水下吸声结构。 |
| 作者： | 代孜尧 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张广玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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