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原文传递夹芯复合材料围壳声振特性分析

论文题名：	夹芯复合材料围壳声振特性分析
关键词：	潜艇;围壳结构;声振特性;夹芯复合材料;一阶剪切理论;狄拉克函数
摘要：	随着水下声呐技术的提高，水下航行器的隐身性能成为了一个重要的研究方向，潜艇作为水下作战的重要军事武器，隐身性能的优劣直接影响了其生存能力和作战能力。围壳作为潜艇艇体上最大的附体结构，其振动声辐射和声散射特性对潜艇的隐身性能有着重要影响，而复合材料因其质量轻、强度高、可设计性强和耐腐蚀等优点，逐渐被运用到围壳结构上来。因此，研究复合材料围壳结构的振动声辐射和声散射特性，具有较大的学术意义且能为工程实际提出一定的参考。　　首先，针对典型夹芯复合材料加筋板结构，基于一阶剪切理论（FSDT）和Hamilton原理，利用狄拉克函数描述加筋，推导了该结构在真空中的弯曲振动控制方程；当结构浸没在水中时，利用Helmhotz波动理论和流固耦合面上的法向加速度连续条件，建立结构在水中的弯曲振动控制方程。采用双傅里叶级数求解了四边简支夹芯复合材料加筋板在真空及水中的自由振动和受迫振动问题，并将解析法的结果与文献及数值仿真结果进行对比，验证了方法的准确性。进一步研究了加筋，复合材料面板及芯层厚度和载荷位置等因素对夹芯复合材料加筋板振动特性的影响规律，结果表明：加强筋能有效增大结构的整体刚度，提高结构的固有频率；随着结构面板和芯层厚度增加，结构的整体刚度也会增大，其振动响应曲线峰值右移，峰值对应的频率增大。　　在夹芯复合材料加筋板的研究基础上，基于ABAQUS有限元和无限元耦合的方法，展开了夹芯复合材料围壳结构的水下振动声辐射相关计算，通过与文献中的相关算例进行对比，验证了该方法的有效性。并利用Python语言的ABAQUS二次开发技术提取相应的计算结果并展开分析，详细讨论了围壳内部加筋，复合材料面板和芯层厚度等因素对围壳振动声辐射的影响规律，分析结果表明加筋，增大复合材料面板和芯层厚度均有利于结构的减振，增大芯层厚度同时能起到降噪的效果，但加筋数量过多时反而不利于结构的降噪。　　最后，基于ABAQUS有限元和无限元耦合的方法，展开了夹芯复合材料围壳结构水下声散射的相关计算。在平面波入射下，讨论了围壳内部加筋，复合材料面板和芯层厚度及平面波入射角等因素对围壳声散射的影响规律，结果表明：随着频率增大，围壳结构的目标强度逐渐增大，在低频段其增大的速度较快，随着频率增大这种增长速度逐渐下降。增大复合材料面板和芯层厚度，加筋均会使结构的目标强度增大；当平面波正横入射时结构的目标强度最大，平面波沿艏部入射时结构的目标强度最小。
作者：	耿佳傲
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	陈美霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2021