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水下含声学边界的圆柱壳声振特性仿真及试验研究
| 论文题名： | 水下含声学边界的圆柱壳声振特性仿真及试验研究 |
| 关键词： | 潜艇;声振特性;声学边界;模态频率 |
| 摘要： | 潜艇等水下航行器的振动及声辐射特性对其作战性能极为重要。目前相关研究工作主要集中在无限流域这类工况，而对结构浸没在半无限域、直角域等流域的研究较少。本文基于声固耦合理论，针对不同声学边界条件，研究了多种类型圆柱壳的声振特性，主要内容包括： 1、分别基于二维Flügge薄壳理论和三维Love壳体理论，对浸没在无限水域的无限长圆柱壳和两端封闭有限长圆柱壳的模态频率进行理论求解； 2、在 COMSOL 软件中建立圆柱壳声固耦合模型，分别对浸没在半无限域和直角域中的无限长圆柱壳和浸没在含自由液面、刚性壁面和组合边界流域的有限长圆柱壳的固有频率进行仿真分析，研究不同边界条件和浸没深度对模态的影响规律； 3、通过改变厚度、半径等参数，对不同边界条件和浸没深度的圆柱壳的模态频率进行参数化分析，将圆柱壳相似性原理扩展到含声学边界条件的流域； 4、对比不同边界条件下圆柱壳的远场辐射声压分布，探究不同边界条件和浸没深度对无限长圆柱壳和有限长圆柱壳声振特性的影响规律； 5、设计有限长加肋圆柱壳的模态试验，对不同浸没深度下加肋圆柱壳振动特性展开研究，通过与仿真结果对比，考察并验证加肋圆柱壳的模态变化规律。 结果表明：当圆柱壳浸没在含不同声学边界的水域中时，声学边界对其模态产生的影响不可忽略，且影响范围各不相同；圆柱壳与边界的距离满足一定条件时，其固有频率和振型可以与在无限水域中一致；半无限域中的有限长圆柱壳模型和原型几何相似时，两者模态频率满足相似性原理。此外，无限长和有限长圆柱壳的远场辐射声压分布会随着浸没深度和激励频率变化；当离声学边界较远时远场辐射声压会随角度分布出现分瓣，且自由液面下比刚性壁面出现分瓣时的频率和浸没深度更小，分瓣数量更多。 |
| 作者： | 廖佳玺 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 李威;魏建辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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