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原文传递层合板壳振动和声辐射预测方法

论文题名：	层合板壳振动和声辐射预测方法
关键词：	潜艇;复合板壳;结构振动;声辐射;约束阻尼层
摘要：	复合板壳在航空航天、船舶与海洋工程中有广泛的应用。研究复合板壳的振动和声辐射特性对于设计新型船舶和潜艇至关重要。本文以潜艇的振动与声辐射为背景，给出了五种板壳的结构振动和声辐射预测方法：两组筋加强层合板、环肋加强约束阻尼层合圆柱壳、多周期筋加强层合圆柱壳、层合圆锥壳和轴向矩形板加强圆柱壳。加筋层合板和多周期筋加强层合圆柱壳可以用来研究水下航行器的声辐射。环肋加强约束阻尼层合圆柱壳可以用来研究覆盖有约束阻尼层的潜艇和鱼雷的声辐射。层合圆锥壳的振动与声辐射可以用来研究艇体艉部的振动与声辐射。轴向矩形板加强圆柱壳可以用来研究带龙骨或长基座的艇体的声辐射。本文所做的工作如下：　　(1)本文从理论上研究了剪切变形加筋层合板的声辐射，基于一阶剪切变形理论推导了复合层合板的运动方程。两组平行筋仅仅通过法向线力同层合板相互作用。利用波数变换和稳相法，解析描述了远场声压。对比了一阶剪切变形理论和经典层合板理论给出的声压，对于一块各向同性板，在中高频范围表现出声压的差异。本文利用声压和横向位移谱来研究力的位置、筋和角铺设层的影响，同时研究了多种载荷作用下的对称和反对称铺设层合板的声辐射，给出了加筋层合板的声辐射功率。　　(2)理论研究了两组环肋加强带约束阻尼层合圆柱壳的声辐射，基于Sanders薄壳理论推导了约束阻尼层圆柱壳的控制方程。两组环肋仅仅通过法向线力同主壳相互作用。在波数域，利用稳相法得到远场声压的解析表达式。分析了粘弹性核心层、约束层和多种载荷对声压的影响。声压和径向位移的螺旋波谱清晰地揭示了加筋约束阻尼层合圆柱壳的振动和声辐射特性，约束阻尼层能有效地抑制径向振动和减少声辐射。　　(3)理论研究了多周期筋加强剪切变形层合圆柱壳的声辐射。两组环肋和一组纵桁分别均匀分布在圆柱壳的轴向和周向。这种典型结构广泛地用来建造水下航行器的外壳。两种模型用来研究加筋层合圆柱壳声辐射。一种是简化的模型，仅仅用在低频段，稠密纵桁加强的条件下。另外一个是耦合模型，需要数值求解，在全频段范围内使用。利用径向位移和声压的螺旋波谱本文发现轴向波数转换由环肋引起，周向波数转换由纵桁产生。这可以理解为轴向波和周向波会被加强筋调制，并且多周期加强筋抑制了圆柱壳的径向位移和声压。对于反对称层合圆柱壳，径向位移和表面声压的螺旋波谱揭示出了这些现象，合适设计的多周期加强筋将减少圆柱壳的振动和声辐射。在环频率以上时，大型圆柱壳结构的远场声辐射在波数域上的特性被一个声椭圆节制，只有声椭圆内部的波才具备声辐射能力。周向纵桁能减少圆柱壳的声辐射功率和输入功率，但从输入功率到声辐射功率的能量转化效率会在很大的程度上提升。　　(4)本文详细研究了一个正交铺设层合圆锥壳的声辐射模型，基于Reissner-Naghdi薄壳理论，推导了圆锥壳的控制方程。作用在锥壳上的流体载荷通过将层合圆锥壳分割成小圆柱段近似。圆锥壳的位移场通过波传播法和Galerkin法求解，远场声压在波数域内通过两端带有无限长圆柱障板的小圆柱声辐射的迭加得到，研究了层合圆锥壳的振动和声学特性。　　(5)以研究带龙骨或长基座面板的潜艇声辐射为背景，本文建立了轴向矩形板加强圆柱壳的声辐射模型。各向同性矩形板的横向运动通过经典的薄板理论描述，平板的面内运动采用二维弹性理论表达，矩形板对圆柱壳的作用力通过圆柱壳的位移表示。由于结构在圆周方向表现出非均匀性，周向方向的波数是耦合的。在波数域内求解耦合系统的控制方程，得到了圆柱壳的位移场。在径向载荷和轴向载荷作用下，研究了矩形板对圆柱壳振动和声辐射特性的影响。　　最后，本文对板壳结构声的进一步研究工作进行总结。指出以后工作的研究重点。
作者：	曹雄涛
专业：	机械设计及理论
导师：	华宏星
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文