艙筏隔振系統(tǒng)的精細(xì)化建模及高效筏架設(shè)計(jì)研究.pdf

1、主輔機(jī)設(shè)備的機(jī)械噪聲是潛艇低速巡航工況下最為主要的噪聲源，對(duì)潛艇的聲隱身性能影響顯著。艙筏減振技術(shù)在當(dāng)前的潛艇減振降噪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在以聲學(xué)性能為導(dǎo)向的艙筏系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中，機(jī)械噪聲的定量預(yù)報(bào)及控制是兩大核心問(wèn)題。隨著潛艇聲學(xué)設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械噪聲的控制提出了越來(lái)越高的要求，必須建立更加精細(xì)的艙筏隔振系統(tǒng)模型，并提出更高效的系統(tǒng)振動(dòng)傳遞控制方法。本文以“十一五”預(yù)研項(xiàng)目“浮筏聲學(xué)性能優(yōu)化”、“十二五”預(yù)研項(xiàng)目“大型艙筏結(jié)構(gòu)聲振耦

2、合隔離技術(shù)”、973子專題“高效隔振浮筏聲學(xué)構(gòu)建原理”以及國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目為研究背景，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、開(kāi)展考慮附連設(shè)備影響的艙筏系統(tǒng)精細(xì)化建模研究，用于設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)聲振性能評(píng)估，并著重分析由附連設(shè)備引起的系統(tǒng)耦合振動(dòng)問(wèn)題。為了便于參數(shù)化分析及機(jī)理性研究，建模時(shí)采用子結(jié)構(gòu)頻響綜合方法，并針對(duì)考慮附連設(shè)備影響的艙筏系統(tǒng)，進(jìn)行方法改進(jìn)。通過(guò)改進(jìn)方法，建立艙筏系統(tǒng)的整體頻響矩陣，并分析自由度之間多向耦合的影響，結(jié)果表

3、明因忽略轉(zhuǎn)動(dòng)自由度引起的計(jì)算誤差會(huì)隨著綜合次數(shù)增加而增大。探討附連設(shè)備對(duì)機(jī)組振動(dòng)及艙筏系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的影響，明確其耦合機(jī)制。進(jìn)一步對(duì)附連設(shè)備的影響規(guī)律開(kāi)展參數(shù)分析，對(duì)其各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響有了定性的認(rèn)識(shí)。
　　2、利用改進(jìn)的頻響綜合方法，考慮多向振動(dòng)傳遞的影響，建立試驗(yàn)艙筏系統(tǒng)的精細(xì)化動(dòng)力學(xué)模型。基于子結(jié)構(gòu)導(dǎo)納分解方法，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了隔振器的多向阻抗矩陣；結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試及仿真計(jì)算，構(gòu)建了各子結(jié)構(gòu)的多向頻響函數(shù)矩陣。在此基礎(chǔ)上，利用頻

4、響綜合方法，得到了系統(tǒng)的整體頻響矩陣，建立試驗(yàn)系統(tǒng)的精細(xì)化模型。針對(duì)隔振系統(tǒng)開(kāi)展試驗(yàn)研究，通過(guò)測(cè)試值與頻響綜合結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了系統(tǒng)精細(xì)化模型的準(zhǔn)確性。
　　3、為強(qiáng)化艙筏系統(tǒng)的隔振性能，開(kāi)展周期結(jié)構(gòu)的帶隙特性研究，并將其引入筏架的隔振設(shè)計(jì)。結(jié)合Bloch定理和有限元理論，得到三韌帶及六韌帶手性胞元的帶隙分布，明確手性結(jié)構(gòu)抑制中、高頻振動(dòng)傳遞的能力，同時(shí)探討胞元的帶隙分布隨胞元結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)之上，將手性結(jié)構(gòu)作為中間筏架

5、應(yīng)用于隔振系統(tǒng)之中，并分析其對(duì)于系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的影響，研究表明帶隙范圍內(nèi)系統(tǒng)的輻射聲功率可得到有效的抑制。提出一種由不同參數(shù)的手性胞元拼裝而成的混合結(jié)構(gòu)，其阻帶區(qū)域可被看作各層胞元帶隙所對(duì)應(yīng)的頻率范圍的疊加。利用該特性，將手性筏架各層胞元的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，對(duì)隔振系統(tǒng)的輻射性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，給出基于手性結(jié)構(gòu)的筏架設(shè)計(jì)過(guò)程。本章的研究為后續(xù)章節(jié)中手性結(jié)構(gòu)在艙筏隔振系統(tǒng)筏架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　4、在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上，

6、設(shè)計(jì)并制造用于實(shí)際艙段的大型手性結(jié)構(gòu)艙筏系統(tǒng)，并開(kāi)展相應(yīng)試驗(yàn)研究。針對(duì)手性筏架進(jìn)行頻響測(cè)試，由測(cè)得的輸入輸出結(jié)果可知，筏架下層的振動(dòng)響應(yīng)明顯小于上層，筏架本身就能夠有效抑制中高頻段的振動(dòng)傳遞?；谑中越Y(jié)構(gòu)筏架，構(gòu)建艙筏隔振系統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，考察在不同激?lì)工況下的系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)，并與框架式艙筏系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，在相同的測(cè)試條件下，手性艙筏系統(tǒng)具有更為優(yōu)越的隔振效果。
　　本文針對(duì)復(fù)雜艙筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模以及系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的