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桨-轴-艇声振传递特性及优化设计研究
| 论文题名： | 桨-轴-艇声振传递特性及优化设计研究 |
| 关键词： | 潜艇推进系统;桨-轴-艇耦合结构;振动特性;声学特性;传递路径;优化设计 |
| 摘要： | 桨-轴-艇耦合结构是潜艇推进系统中重要的组成部分，也是潜艇主要的噪声源，针对桨-轴-艇耦合结构优化设计工作尤为重要。以往研究主要集中在单一结构的优化，而针对多个结构协同优化的相关研究较少，因此，针对多目标多参数的优化设计具有一定的工程指导意义。 本文参考Benchmark潜艇模型，建立简化的桨-轴-艇耦合模型，通过查阅相关文献了解桨-轴-艇耦合模型声振特性的研究现状及发展趋势，从仿真计算的角度对桨-轴-艇耦合结构进行声振特性分析和传递路径分析，结合分析结果选取影响声振特性的核心参数，探索其影响规律，并构建了多目标优化的代理模型，基于遗传算法对桨-轴-艇耦合系统代理模型进行了优化设计以达到减振降噪的目的。主要研究工作和结论如下： （1）桨-轴-艇耦合模型声振特性分析。基于Benchmark潜艇模型，合理简化后建立桨-轴-艇耦合模型，基于ANSYS经典界面建立潜艇整艇几何模型，划分网格并赋予属性。基于有限元法分别计算轴系部分、潜艇壳体部分及整体的模态及振型。在螺旋桨端施加纵向、垂向及水平的激励力，基于有限元法和间接边界元法，分析桨-轴-艇耦合系统水下的振动响应及声学特性。 （2）桨-轴-艇耦合模型声振传递特性分析。根据计算的纵向、垂向及水平方向的激励力下的振动响应结果，绘制出潜艇艉部结构声强矢量图，分组选取不同传递路径下的壳单元，分别计算每组壳单元的结构声强和贡献度，分析不同激励力下的主要传递路径，结果可知：螺旋桨端施加的纵向激励力是主要通过推力轴承基座传递；而垂向激励力和水平激励力则是通过尾轴承基座传递。 （3）桨-轴-艇耦合模型核心参数影响规律研究。分析桨-轴-艇耦合模型在纵向、垂向及水平方向激励力下的不同主要传递路径，选取主要影响振动的参数值，包括推力轴承基座厚度、尾轴承刚度和推力轴承刚度，求解参数影响规律。计算结果可知：在纵向激励力下，改变推力轴承基座厚度和推力轴承刚度会影响模型的声振特性；垂向激励力下，改变尾轴承刚度和推力轴承刚度影响模型的声振特性；水平激励力下改变推力轴承基座厚度和尾轴承刚度影响模型的声振特性。 （4）桨-轴-艇耦合模型结构声学优化设计。基于均匀试验法计算不同工况下的结果，利用BP神经网络构建潜艇水下合成声功率级的代理模型，定义推力轴承基座厚度、尾轴承刚度及推力轴承刚度为设计变量，以水下的合成声功率级作为指标，利用遗传算法求解最优，得到一组解集后，根据三向激励力的优先级来选取最优组合，得到了最优结果。 |
| 作者： | 贾泽坤 |
| 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： | 2022 |
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