【摘 要】
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在进行水下航行器的声振特性研究中,通常将水下航行器的中间舱段简化为水下双层圆柱壳结构模型,用精细传递矩阵法求解水下双层圆柱壳的振动声辐射时,需要联立内外壳的计算方程,并考虑连接结构和壳间流场的影响,求解过程相对于单层壳而言较为复杂。目前,精细传递矩阵法一般用于自由、简支、固支边界条件的求解,对于弹性边界下的研究还比较局限,尤其是水下声辐射方面。本文以单层壳的精细传递矩阵法为基础,将其拓展应用于弹性
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在进行水下航行器的声振特性研究中,通常将水下航行器的中间舱段简化为水下双层圆柱壳结构模型,用精细传递矩阵法求解水下双层圆柱壳的振动声辐射时,需要联立内外壳的计算方程,并考虑连接结构和壳间流场的影响,求解过程相对于单层壳而言较为复杂。目前,精细传递矩阵法一般用于自由、简支、固支边界条件的求解,对于弹性边界下的研究还比较局限,尤其是水下声辐射方面。本文以单层壳的精细传递矩阵法为基础,将其拓展应用于弹性边界下双层圆柱壳的自由振动和水下声辐射研究中。本文首先介绍了单层壳声振特性分析的精细传递矩阵法,基于圆柱壳的基本控制方程,推导得到关于位移内力向量的一阶齐次偏微分方程,采用精细积分求得圆柱壳的场传递矩阵,将其进行组装得到总传递方程,根据边界条件求解圆柱壳的固有频率。在此基础上,考虑集中力与声压的作用,分别求得集中力和各阶广义声压作用下的响应,根据结构与流体交界面处的运动连续性条件求解声压系数,从而得到圆柱壳的振动声辐射结果。将本章方法的计算结果与有限元和边界元结果进行对比,验证方法的准确性。接下来提出边界条件转换矩阵,得到弹性边界约束下圆柱壳的总传递方程,从而求解得到弹性边界下圆柱壳的固有频率。并基于圆柱壳控制方程,推导变厚度圆柱壳的场传递矩阵,以pade函数替代精细积分中的泰勒展开,计算得到变厚度圆柱壳的固有频率。讨论了边界约束刚度、厚度变化形式、长径比等因素对圆柱壳自由振动特性的影响。然后利用前面提出的弹性边界转换矩阵,考虑集中力与声压的作用,分别求得集中力和各阶广义声压作用下的响应,得到弹性边界约束下圆柱壳水下声辐射的总传递方程,根据结构与流体界面处的运动连续性条件求解声压系数,从而得到圆柱壳水下声辐射的计算结果。研究了弹性边界下结构参数、结构损耗因子、介质、边界约束刚度和阻尼等对声辐射特性的影响。最后,将精细传递矩阵法拓展应用于水下双层圆柱壳的声振特性研究中,联立内外壳的传递方程,引入弹性边界转换矩阵,采用两种思路计算壳间环形板的点传递矩阵,得到弹性边界约束下的双层壳总传递方程,然后求解双层壳的固有频率,考虑集中力与声压的作用,计算双层壳的水下辐射声压。将两种思路的数值结果进行对比分析,并探讨了边界约束刚度、阻尼及约束位置对于双层壳固有频率和辐射声压的影响。
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