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原文传递声呐导流罩的低噪声复合材料声振特性研究

论文题名：	声呐导流罩的低噪声复合材料声振特性研究
关键词：	水下航行器;声呐导流罩;复合材料;负泊松比结构;能量带隙;声振特性;透声性能
摘要：	声隐身性能和声呐远程探测能力是影响潜艇等水下航行器生存力和战斗力的重要因素，而艇首声呐平台区的自噪声不利于声呐系统的高效工作，这些自噪声的声源包括声呐导流罩流噪声、螺旋桨噪声、艇体机械噪声等。目前我国大量应用的导流罩结构，无论是金属导流罩还是非金属导流罩，大多数都是采用单层结构，其声学性能和机械强度难以同时兼顾。为了保障艇首声呐的正常工作，亟待给出具有低噪声兼顾优异透声性能的导流罩结构设计方案。　　本文以负泊松比夹芯结构为研究对象，以声呐导流罩的声学特性为研究重点，围绕“负泊松比夹芯结构的带隙特性研究”、“负泊松比夹芯结构的声透射性能研究”、“复合材料负泊松比夹芯结构的振动与声辐射特性研究”、“复合材料负泊松比结构的声振特性试验研究”等内容，展开数值仿真计算和试验方面的相关研究，具体研究内容如下：　　（1）以四韧带手性结构、六韧带手性结构、内凹六边形结构、星型结构四种负泊松比结构为研究对象，基于布拉格散射机理以及局域共振机理，利用多物理场耦合有限元软件COMSOLMultiphysics对其进行能量带隙特性分析，探究了不同结构参数对带隙特性的影响，得到了几种满足声呐导流罩性能要求的结构形式及其结构参数。　　（2）由于声呐导流罩需要良好的透声性能，因此采用多物理场耦合有限元软件COMSOLMultiphysics，基于声固耦合有限元法，分析负泊松比结构的透声性能。首先计算了钢板、复合材料层合板的透声系数，通过与文献和试验进行对比，验证数值计算方法的可靠性，并开展了四韧带手性结构、六韧带手性结构、内凹六边形结构和星型结构等复合材料负泊松比结构的透声性能仿真计算研究。　　（3）分别选取了四韧带手性结构以及内凹六边形结构为研究对象，利用有限元软件（ABAQUS）和声学计算软件（VirtualLab）对其进行声振特性分析，并将碳/玻纤维复合材料负泊松比夹芯结构夹层板与目前声呐导流罩的常用材料玻璃钢板进行对比分析，验证了其具有良好的减振降噪能力。最后计算了复合材料加筋组合夹层板的声振特性，证明其具有良好的减振特性以及良好的透声性能。　　（4）对复合材料内凹六边形夹层板开展了模态试验、强迫振动试验、水下振动与声辐射试验以及自由场声透射试验等试验研究。首先对其上下面板即碳/玻纤维混杂层合板进行了模态试验，得到了其固有频率、振型以及阻尼损耗因子，通过多层次参数修正得到其材料参数，并进行了空气中的强迫振动试验来验证参数的准确性。其次进行了橡胶的压缩试验，选取Mooney-Rivilin模型为其本构模型，计算出其本构模型参数。对复合材料内凹六边形结构夹层板分别进行了空气中以及水中的强迫振动试验以及水下声辐射试验，并将试验结果与数值仿真数据进行对比分析，进一步验证了数值仿真方法的准确性。最后对复合材料内凹六边形夹层板进行了消声水池中的自由场法声透射试验，分别验证了数值仿真方法的准确性以及模型结构良好的透声性能。
作者：	夏瑀
专业：	船舶与海洋工程
导师：	王献忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022