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原文传递锥-柱-球组合壳畸变声振相似机理及修正方法研究

论文题名：	锥-柱-球组合壳畸变声振相似机理及修正方法研究
关键词：	潜艇结构;锥柱球组合壳;声振相似;畸变修正;Benchmark模型
摘要：	潜艇的振动噪声问题一直受到广泛关注，研究潜艇振动噪声对国防军事建设具有重要意义。潜艇振动噪声领域的研究通常采用数值计算与声振试验相结合的方法，数值计算时通常基于潜艇结构特征将其简化为锥柱球组合壳进行分析，声振试验时通常根据原型设计合适的缩比模型进行进一步研究，然而在缩比模型中存在部分结构缩比比例无法与其它结构保持同比例的问题。当前模型声振完全相似已有大量研究，但对于缩比过程中部分结构发生畸变之后的声振相似研究尚不充分，对于存在参数畸变的声振相似机理及其修正有待进一步研究。　　本文以锥柱球组合壳为研究对象，基于Flugge壳体理论，建立圆柱壳振动微分方程，考虑到与流体耦合的锥壳与半球壳动力学求解过于复杂，采用近似方法将锥壳和球壳离散为多段圆柱壳，再利用边界与连续性条件将其组装成锥柱球组合壳整体矩阵方程。因锥壳和球壳离散为多段圆柱壳，针对圆柱壳振动微分方程，基于相似理论，推导出壳体的声振相似关系，得到壳体结构在空气中和水中的声振相似关系，并基于数值仿真计算验证了锥柱球组合壳完全相似规律。　　受限于实际材料尺寸，缩比试验中很难保证模型所有结构参数的缩比比例一致，致使部分结构参数畸变，原有的相似关系不再满足，为了通过畸变模型预测原型的声振响应，必须对畸变模型声振响应进行修正。首先引入畸变系数，在相似推导的基础上得出厚度畸变模型的厚度参数、固有频率与畸变系数之间的关系；然后构建不同厚度畸变的缩比模型，通过数值仿真计算结合数据拟合得到频率相似比与厚度畸变比例的函数关系，实现对固有频率的修正；接着提出基于模态阶数与模态振型的修正方法对振动响应与辐射声压进行修正，分析表明基于模态振型进行修正误差更小。畸变修正结果表明，本文提出的修正方法可实现厚度畸变的修正，且厚度畸变尺寸越小修正效果越好，具有较好的工程实用性。　　针对复杂潜艇结构，以标准潜艇Benchmark模型为对象，分别对其完全相似与不同部位畸变模型的声振响应进行数值计算。基于ANSYS建立Benchmark实艇模型及其1/3缩比模型，采用数值计算方法对其完全声振相似性进行了分析。同时研究了Benchmark缩比模型畸变声振相似，结合实际情况，分别建立指挥台围壳、尾部锥壳段、圆柱壳段以及艏部椭球壳等结构尺寸畸变的模型研究其声振相似性，并与完全相似的缩比模型的声振响应对比，分析得出不同结构参数畸变对模型声振响应影响程度的大小。　　通过本文的研究，丰富了锥柱球组合壳畸变声振相似理论体系，提出的畸变修正方法具有较好的修正效果，对潜艇声振缩比模型试验及潜艇振动噪声控制具有现实指导意义。
作者：	彭才赓
专业：	轮机工程
导师：	张冠军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021