層合板殼振動(dòng)和聲輻射預(yù)測(cè)方法.pdf

1、復(fù)合板殼在航空航天、船舶與海洋工程中有廣泛的應(yīng)用。研究復(fù)合板殼的振動(dòng)和聲輻射特性對(duì)于設(shè)計(jì)新型船舶和潛艇至關(guān)重要。本文以潛艇的振動(dòng)與聲輻射為背景，給出了五種板殼的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和聲輻射預(yù)測(cè)方法：兩組筋加強(qiáng)層合板、環(huán)肋加強(qiáng)約束阻尼層合圓柱殼、多周期筋加強(qiáng)層合圓柱殼、層合圓錐殼和軸向矩形板加強(qiáng)圓柱殼。加筋層合板和多周期筋加強(qiáng)層合圓柱殼可以用來(lái)研究水下航行器的聲輻射。環(huán)肋加強(qiáng)約束阻尼層合圓柱殼可以用來(lái)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(dòng)與聲輻射可以用來(lái)研究艇體艉部的振動(dòng)與聲輻射。軸向矩形板加強(qiáng)圓柱殼可以用來(lái)研究帶龍骨或長(zhǎng)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(dǎo)了復(fù)合層合板的運(yùn)動(dòng)方程。兩組平行筋僅僅通過(guò)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(yuǎn)場(chǎng)聲壓。對(duì)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(duì)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(lái)研究力的位置、筋和角鋪設(shè)層的影響，同時(shí)研究了多種載荷作用下的對(duì)稱和反對(duì)稱鋪設(shè)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(qiáng)帶約束阻尼層合圓柱殼的聲輻射，基于Sanders薄殼理論推導(dǎo)了約束阻尼層圓柱殼的控制方程。兩組環(huán)肋僅僅通過(guò)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(yuǎn)場(chǎng)聲壓的解析表達(dá)式。分析了粘彈性核心層、約束層和多種載荷對(duì)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(dòng)和聲輻射特性，約束阻尼層能有效地抑制徑向振動(dòng)和減少聲輻射。
　　(3)理論研究了多周期筋加強(qiáng)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(jié)構(gòu)廣泛地用來(lái)建造水下航行器的外殼。兩種模型用來(lái)研究加筋層合圓柱殼聲輻射。一種是簡(jiǎn)化的模型，僅僅用在低頻段，稠密縱桁加強(qiáng)的條件下。另外一個(gè)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(zhuǎn)換由環(huán)肋引起，周向波數(shù)轉(zhuǎn)換由縱桁產(chǎn)生。這可以理解為軸向波和周向波會(huì)被加強(qiáng)筋調(diào)制，并且多周期加強(qiáng)筋抑制了圓柱殼的徑向位移和聲壓。對(duì)于反對(duì)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(shè)計(jì)的多周期加強(qiáng)筋將減少圓柱殼的振動(dòng)和聲輻射。在環(huán)頻率以上時(shí)，大型圓柱殼結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)場(chǎng)聲輻射在波數(shù)域上的特性被一個(gè)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(zhuǎn)化

6、效率會(huì)在很大的程度上提升。
　　(4)本文詳細(xì)研究了一個(gè)正交鋪設(shè)層合圓錐殼的聲輻射模型，基于Reissner-Naghdi薄殼理論，推導(dǎo)了圓錐殼的控制方程。作用在錐殼上的流體載荷通過(guò)將層合圓錐殼分割成小圓柱段近似。圓錐殼的位移場(chǎng)通過(guò)波傳播法和Galerkin法求解，遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓在波數(shù)域內(nèi)通過(guò)兩端帶有無(wú)限長(zhǎng)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(dòng)和聲學(xué)特性。
　　(5)以研究帶龍骨或長(zhǎng)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(qiáng)圓柱殼的聲輻射模型。各向同性矩形板的橫向運(yùn)動(dòng)通過(guò)經(jīng)典的薄板理論描述，平板的面內(nèi)運(yùn)動(dòng)采用二維彈性理論表達(dá)，矩形板對(duì)圓柱殼的作用力通過(guò)圓柱殼的位移表示。由于結(jié)構(gòu)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(chǎng)。在徑向載荷和軸向載荷作用下，研究了矩形板對(duì)圓柱殼振動(dòng)和聲輻射特性的影響。
　　最后，本文對(duì)板殼結(jié)構(gòu)聲的進(jìn)一步研究工作進(jìn)行總結(jié)。指出以后工作的研究重點(diǎn)。