層合板殼振動和聲輻射預測方法.pdf

1、復合板殼在航空航天、船舶與海洋工程中有廣泛的應用。研究復合板殼的振動和聲輻射特性對于設計新型船舶和潛艇至關重要。本文以潛艇的振動與聲輻射為背景，給出了五種板殼的結構振動和聲輻射預測方法：兩組筋加強層合板、環(huán)肋加強約束阻尼層合圓柱殼、多周期筋加強層合圓柱殼、層合圓錐殼和軸向矩形板加強圓柱殼。加筋層合板和多周期筋加強層合圓柱殼可以用來研究水下航行器的聲輻射。環(huán)肋加強約束阻尼層合圓柱殼可以用來研究覆蓋有約束阻尼層的潛艇和魚雷的聲輻射。層合圓錐

2、殼的振動與聲輻射可以用來研究艇體艉部的振動與聲輻射。軸向矩形板加強圓柱殼可以用來研究帶龍骨或長基座的艇體的聲輻射。本文所做的工作如下：
　　(1)本文從理論上研究了剪切變形加筋層合板的聲輻射，基于一階剪切變形理論推導了復合層合板的運動方程。兩組平行筋僅僅通過法向線力同層合板相互作用。利用波數(shù)變換和穩(wěn)相法，解析描述了遠場聲壓。對比了一階剪切變形理論和經(jīng)典層合板理論給出的聲壓，對于一塊各向同性板，在中高頻范圍表現(xiàn)出聲壓的差異。本文利用

3、聲壓和橫向位移譜來研究力的位置、筋和角鋪設層的影響，同時研究了多種載荷作用下的對稱和反對稱鋪設層合板的聲輻射，給出了加筋層合板的聲輻射功率。
　　(2)理論研究了兩組環(huán)肋加強帶約束阻尼層合圓柱殼的聲輻射，基于Sanders薄殼理論推導了約束阻尼層圓柱殼的控制方程。兩組環(huán)肋僅僅通過法向線力同主殼相互作用。在波數(shù)域，利用穩(wěn)相法得到遠場聲壓的解析表達式。分析了粘彈性核心層、約束層和多種載荷對聲壓的影響。聲壓和徑向位移的螺旋波譜清晰地揭示

4、了加筋約束阻尼層合圓柱殼的振動和聲輻射特性，約束阻尼層能有效地抑制徑向振動和減少聲輻射。
　　(3)理論研究了多周期筋加強剪切變形層合圓柱殼的聲輻射。兩組環(huán)肋和一組縱桁分別均勻分布在圓柱殼的軸向和周向。這種典型結構廣泛地用來建造水下航行器的外殼。兩種模型用來研究加筋層合圓柱殼聲輻射。一種是簡化的模型，僅僅用在低頻段，稠密縱桁加強的條件下。另外一個是耦合模型，需要數(shù)值求解，在全頻段范圍內(nèi)使用。利用徑向位移和聲壓的螺旋波譜本文發(fā)現(xiàn)軸向

5、波數(shù)轉換由環(huán)肋引起，周向波數(shù)轉換由縱桁產(chǎn)生。這可以理解為軸向波和周向波會被加強筋調(diào)制，并且多周期加強筋抑制了圓柱殼的徑向位移和聲壓。對于反對稱層合圓柱殼，徑向位移和表面聲壓的螺旋波譜揭示出了這些現(xiàn)象，合適設計的多周期加強筋將減少圓柱殼的振動和聲輻射。在環(huán)頻率以上時，大型圓柱殼結構的遠場聲輻射在波數(shù)域上的特性被一個聲橢圓節(jié)制，只有聲橢圓內(nèi)部的波才具備聲輻射能力。周向縱桁能減少圓柱殼的聲輻射功率和輸入功率，但從輸入功率到聲輻射功率的能量轉化

6、效率會在很大的程度上提升。
　　(4)本文詳細研究了一個正交鋪設層合圓錐殼的聲輻射模型，基于Reissner-Naghdi薄殼理論，推導了圓錐殼的控制方程。作用在錐殼上的流體載荷通過將層合圓錐殼分割成小圓柱段近似。圓錐殼的位移場通過波傳播法和Galerkin法求解，遠場聲壓在波數(shù)域內(nèi)通過兩端帶有無限長圓柱障板的小圓柱聲輻射的迭加得到，研究了層合圓錐殼的振動和聲學特性。
　　(5)以研究帶龍骨或長基座面板的潛艇聲輻射為背景，本

7、文建立了軸向矩形板加強圓柱殼的聲輻射模型。各向同性矩形板的橫向運動通過經(jīng)典的薄板理論描述，平板的面內(nèi)運動采用二維彈性理論表達，矩形板對圓柱殼的作用力通過圓柱殼的位移表示。由于結構在圓周方向表現(xiàn)出非均勻性，周向方向的波數(shù)是耦合的。在波數(shù)域內(nèi)求解耦合系統(tǒng)的控制方程，得到了圓柱殼的位移場。在徑向載荷和軸向載荷作用下，研究了矩形板對圓柱殼振動和聲輻射特性的影響。
　　最后，本文對板殼結構聲的進一步研究工作進行總結。指出以后工作的研究重點。