潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

1、 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究姓名：王強(qiáng)勇申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造指導(dǎo)教師：楊志國(guó)201103 潛艇典犁艙段結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究摘關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)優(yōu)化；潛艇典型艙段；振動(dòng)傳遞特性；阻抗失配原理；聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì) 潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 甌 ，瓵 ，琾瓼， 哈爾濱檀笱學(xué)位論文籿籭； 研究目的及意義作為潛艇主要噪聲源的動(dòng)力裝置及其他機(jī)械設(shè)備在工作過程中產(chǎn)生的振動(dòng)不可避免的會(huì)經(jīng)由隔振器、基座、托板、實(shí)肋板、艙壁等傳遞至艇體，并最終以輻射噪聲的形式向外界傳遞能量。對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓而言，潛艇殼體是振動(dòng)源；對(duì)殼體振動(dòng)而言，動(dòng)力設(shè)備、軸系等是振動(dòng)源，隔振裝

2、置、基座、舷問連接結(jié)構(gòu)、艙壁等是傳遞途徑，殼體振動(dòng)是直接結(jié)果。傳統(tǒng)隔振措施是在艇體與設(shè)備之間安裝昂貴的隔振裝置，這樣不僅增加了潛艇的建造費(fèi)用，而且增大了設(shè)備的重量與尺度，同時(shí)由于實(shí)艇環(huán)境的復(fù)雜性使得實(shí)際減振降噪效果大打折扣。 在潛艇典型基座、艙壁和舷間連接結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)傳遞通道、主導(dǎo)傳遞分量等，并以此為切入點(diǎn)，基于阻抗失配原理對(duì)潛艇典型基座、艙壁和舷間連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不過度增加潛艇艙段總重量和尺度、不破壞艙段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等的前提下使基座、艙壁和舷間連接結(jié)構(gòu)具備優(yōu)良的阻隔振動(dòng)噪聲向外殼傳遞的能力，這對(duì)改善潛艇聲隱身性能、減輕潛艇重量、提高潛艇作戰(zhàn)能力無(wú)疑具有十分重要的意義。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀阻

3、隔艦艇結(jié)構(gòu)中振動(dòng)噪聲傳遞最有效的方法是在主傳遞途徑上對(duì)其進(jìn)行吸收或使但同時(shí)也帶來(lái)了諸如材料易老化、易發(fā)生火災(zāi)、不易更換、經(jīng)濟(jì)性差等一系列問題。因此，必須深入研究振動(dòng)噪聲在艦艇結(jié)構(gòu)中的傳遞規(guī)律及衰減措施，充分利用艦艇結(jié)構(gòu)本身的不連續(xù)性來(lái)阻隔聲振動(dòng)在艇體結(jié)構(gòu)中的傳遞，達(dá)到減振降噪的目的。許多工程技術(shù)人員針對(duì)振動(dòng)噪聲在板梁組合結(jié)構(gòu)中的傳遞特性開展了一系列研究，取得了一定的成果。條件的不同會(huì)導(dǎo)致研究結(jié)果有所不同，因此該文只是應(yīng)用基本原理分析了簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，提出的方法和得到的結(jié)論在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。隨著許多學(xué)者的深入研究，結(jié)構(gòu)聲振動(dòng)傳遞特性研究方面不斷涌現(xiàn)出新的研究方法和研究成果。在彈性波理論研究

4、中，桿、梁、殼的振動(dòng)特性最容易理解，同時(shí)它們也是復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動(dòng)中，能量主要以彎曲波、縱向波和扭轉(zhuǎn)波的形式進(jìn)行傳遞，其中，縱向波和扭轉(zhuǎn)波屬于高阻抗波，具有很大的波速，傳輸能量非常有效，但不能與聲波相互作用；彎曲波加筋板殼結(jié)構(gòu)是水面艦船、潛艇、飛機(jī)等的主要結(jié)構(gòu)形式，研究結(jié)構(gòu)聲振動(dòng)在加筋透射和近場(chǎng)效應(yīng)，推導(dǎo)出了彎曲波在加筋板上的衰減公式，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。研究了半無(wú)限加筋板上彎曲波能量傳遞的主動(dòng)控制，結(jié)果表明最大透射出現(xiàn)在板、梁組合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時(shí)，此時(shí)板平面彎曲波與梁彎曲波、扭轉(zhuǎn)波達(dá)到最佳耦合。在實(shí)際工程中，潛艇、魚雷等水下航行器的外形最接近于圓柱殼，采用圓柱殼模型 研究振動(dòng)能量在結(jié)構(gòu)中的分布規(guī)

5、律和傳遞特性，不僅形狀上相似程度高，數(shù)學(xué)物理模型，便于深入研究結(jié)構(gòu)聲振動(dòng)的傳遞特性。圓柱殼模型一般分為無(wú)限長(zhǎng)和有限長(zhǎng)圓柱殼模型。無(wú)限長(zhǎng)圓柱殼模型適用于彈性波波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于圓柱殼長(zhǎng)度的高頻段，有限長(zhǎng)圓柱殼模型則比較適合模擬潛艇、魚雷或其艙段?！坎捎媚B(tài)迭加法建立了無(wú)限長(zhǎng)圓柱形障板上的有限長(zhǎng)圓柱殼振動(dòng)聲輻射模型，理論上講，圓柱形障板對(duì)有限長(zhǎng)圓柱殼的聲輻射阻抗有一定的影響，但】認(rèn)為，圓柱形障板只會(huì)影響有限長(zhǎng)圓柱殼表面將環(huán)肋圓柱殼視為正交彈性波傳遞途徑的聲學(xué)條件出現(xiàn)變化時(shí)，彈性波會(huì)發(fā)生反射。聲學(xué)條件出現(xiàn)變化是指材料或結(jié)構(gòu)形式的改變導(dǎo)致質(zhì)量、剛度等的突變，即結(jié)構(gòu)的阻抗不再匹配，彈性波在這些不連續(xù)處會(huì)發(fā)生一定

6、程度的反射，從而減少振動(dòng)能量的傳遞。文獻(xiàn)【琹方法研究了不連續(xù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和自由阻尼層對(duì)輸入功率流和傳遞功率流的影響，結(jié)果表明在彎曲波傳遞途徑上敷設(shè)阻尼材料能有效降低傳遞功率流的量值。艦艇結(jié)構(gòu)由大量縱橫骨架、板架和艙室組成，振動(dòng)噪聲沿艇體結(jié)構(gòu)傳遞途中會(huì)遇到具有隔離作用的自然障礙，如板或桿鉸支承結(jié)構(gòu)的接頭和加強(qiáng)筋等，這些自然障礙會(huì)對(duì)振動(dòng)噪聲的傳遞起到阻抑作用，根據(jù)這一思路，利用艦艇結(jié)構(gòu)本身的不連續(xù)性或在振動(dòng)噪聲傳遞途徑上設(shè)置障礙可達(dá)到減振降噪的目的。 曲波在艦艇典型結(jié)構(gòu)中的傳遞特性，并給出了平面彎曲波的隔聲量公式。究了彎曲波在含接頭加筋圓柱殼中的傳遞特性，分析中將不連續(xù)構(gòu)件作為殼體的附加結(jié)構(gòu)，

7、在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論了兩段不充液圓柱殼連接處殼體厚度變化對(duì)彎曲波傳遞特剛性阻振質(zhì)量是沿著聲振動(dòng)傳遞途徑布設(shè)在板結(jié)合處的一個(gè)矩形、正方形或圓形截面的大而重的條體，由于阻振質(zhì)量相對(duì)板而言具有大的阻抗，從而反射一部分抵達(dá)阻振究了剛性阻振質(zhì)量阻抑結(jié)構(gòu)聲傳遞的反射系數(shù)和透射系數(shù)，并得到其隔聲量。文獻(xiàn)研究了剛性阻振質(zhì)量對(duì)受點(diǎn)激勵(lì)無(wú)限大平板上結(jié)構(gòu)聲傳遞的阻隔作用，并通過解耦分析驗(yàn)證了隔振度簡(jiǎn)化公式的可行性，結(jié)果表明板平面彎曲波分別與阻振質(zhì)量彎曲波和扭轉(zhuǎn)波達(dá)到最佳耦合時(shí)，入射平面彎曲波發(fā)生最大透射。車馳東【】采用波動(dòng)分析法研究了成任意角度連接的兩塊平板轉(zhuǎn)角處剛性阻振質(zhì)量對(duì)平面彎曲波傳遞的阻抑作用，并將數(shù)值計(jì)

8、算結(jié)果與模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明轉(zhuǎn)角處的阻振質(zhì)量對(duì)平面彎曲波透射所起的作用相當(dāng)于一個(gè)“低通濾波器”，在“阻帶”能得到較高的插入損失。文獻(xiàn)【】從質(zhì)量引起的阻抗失配原理出發(fā)，采用波動(dòng)理論研究了在板中嵌入一塊方鋼所引起的對(duì)彎曲波傳遞的阻抑作用，并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比【】，結(jié)果表明方鋼能有效阻隔高頻彎曲波的傳遞，但并未將剛性阻振質(zhì)量應(yīng)用于艦艇結(jié)構(gòu)的減振降噪設(shè)計(jì)。姚熊亮【】提出在艦船彈性基座中引入剛性阻振質(zhì)量，研究結(jié)果表明阻振質(zhì)量隔振基座在中高頻段能有效降低艇體的振動(dòng)和聲輻射。論了矩形截面阻振質(zhì)量和環(huán)形阻振質(zhì)量，結(jié)果表明：不論是矩形截面阻振質(zhì)量，還是環(huán)形阻振質(zhì)量，適當(dāng)增大阻振質(zhì)

9、量截面高度并相應(yīng)減小截面寬度可有效提高其隔振降噪效果，但并未針對(duì)剛性阻振質(zhì)量截面參數(shù)開展聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用剛性阻振質(zhì)量時(shí)，通常在裝有聲振動(dòng)源的整個(gè)艇體結(jié)構(gòu)回路上都布設(shè)阻振個(gè)剛性阻振質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)聲傳遞的阻抑機(jī)理，分析了平面彎曲波傳遞時(shí)形成的穿透頻段和堵塞頻段，并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明多級(jí)阻振質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)聲傳遞具有良好的阻隔效果，且振級(jí)落差隨阻振級(jí)數(shù)的增加而增大。對(duì)實(shí)艇進(jìn)行減振降噪設(shè)計(jì)時(shí)，通常針對(duì)不同的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備、防護(hù)結(jié)構(gòu)及其他結(jié)構(gòu) 艇的振動(dòng)噪聲控制方法，其中采取了如下隔振降噪措施：增大主機(jī)基座靜彎曲剛度以減少?gòu)澢ㄏ蛲w結(jié)構(gòu)的傳遞；在機(jī)艙底部和機(jī)艙與目標(biāo)艙室之問的隔壁

10、等聲振動(dòng)級(jí)較大區(qū)域敷設(shè)彈性阻尼材料以降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)的傳遞；布設(shè)剛性阻振質(zhì)量阻抑彎曲波由動(dòng)力機(jī)械設(shè)備沿外板、艙壁、肋骨等艇體結(jié)構(gòu)或由管系向船員艙和客艙傳遞。在我國(guó)新引進(jìn)的某型軍艦上，柴油機(jī)機(jī)組依次采用了橡膠減振器、硬質(zhì)減振器和縱橫交錯(cuò)的剛性阻振質(zhì)量環(huán)路三級(jí)隔振措施，齒輪箱箱體則依次采用了硬質(zhì)減振器、蝸式減振裝置和剛性阻振質(zhì)量環(huán)路三級(jí)減振措施，通過對(duì)實(shí)船減振降噪效果的測(cè)試表明：阻抗失配隔振技術(shù)不僅能有效阻抑結(jié)構(gòu)聲振動(dòng)的傳遞，而且能保證設(shè)備或結(jié)構(gòu)不發(fā)生大的傳統(tǒng)的潛艇聲學(xué)設(shè)計(jì)大都是在潛艇總體設(shè)計(jì)結(jié)束之后再采取各種措施以達(dá)到減振降噪的目的，這樣在多數(shù)情況下只能部分解決當(dāng)前面臨的問題，而且在已建造好的艇上安

11、裝聲學(xué)器材的費(fèi)用要比在潛艇設(shè)計(jì)過程中預(yù)先采取措施高倍以上。因此，在潛艇設(shè)計(jì)的早期階段結(jié)合聲學(xué)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使所建造的潛艇在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和總重量限制等的前提下具備良好的聲學(xué)性能，這對(duì)改善潛艇聲隱身性能、減輕潛艇重量、提高潛艇作戰(zhàn)能力無(wú)疑具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。文獻(xiàn)坎捎糜邢拊7邊界元法研究了優(yōu)化過程中的聲輻射模態(tài)，建立了輕流體介質(zhì)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射的模態(tài)分析模型，并將平板振動(dòng)聲輻射的模態(tài)分析結(jié)果與遠(yuǎn)場(chǎng)積分結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，討論了激勵(lì)力作用位置對(duì)結(jié)構(gòu)聲輻射特性的影響。史蒙【】采用直接有限元法對(duì)兩端固支矩形平板進(jìn)行了以板上各節(jié)點(diǎn)振動(dòng)速度為目標(biāo)函數(shù)的 優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采用間接邊界

12、元法對(duì)優(yōu)化前后平板的降噪效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)平板重量進(jìn)行了重新分配，在較寬頻段內(nèi)得到了明顯的減振降噪效果。許多工程技術(shù)人員在結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面取得了很大進(jìn)展，有些已經(jīng)應(yīng)用到工程實(shí)際中。舒磊【】采用模態(tài)疊加法研究了耦合系統(tǒng)在外界激勵(lì)作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，提出一種基于聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析的聲振耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并將該方法應(yīng)用于駕駛室的減振降噪設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)【】采用基于腔體聲振特性的動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)修改方法研究了車內(nèi)噪聲聲壓與懸置彈性元件的剛度和阻尼特性參數(shù)之間的直接定量關(guān)系，并進(jìn)一步以車內(nèi)噪聲聲壓為目標(biāo)函數(shù)對(duì)懸置彈性元件進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。劉曉芳將最優(yōu)化理論引入“鐺噪聲為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，

13、得到了車輪斷面幾何參數(shù)的最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般以聲壓或輻射聲功率等聲學(xué)響應(yīng)為目標(biāo)函數(shù)，這使得每次優(yōu)化迭代都要進(jìn)行聲學(xué)計(jì)算，極大增加了問題的復(fù)雜程度。殼板振動(dòng)對(duì)外輻射的聲功率是振動(dòng)速度的二次性函數(shù)【】，如果通過動(dòng)力學(xué)優(yōu)化能降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)速度，則必能降低其輻射聲功率，起到與聲學(xué)優(yōu)化一樣的減振降噪作用，而動(dòng)力學(xué)優(yōu)化比聲學(xué)優(yōu)化容易實(shí)現(xiàn)，也易于工程實(shí)際應(yīng)用。年首先運(yùn)用分布參數(shù)設(shè)計(jì)法，研究了簡(jiǎn)支梁基頻最大化的設(shè)計(jì)問題，利用乘子法導(dǎo)出了梁最優(yōu)端面應(yīng)滿足的積分方程，開創(chuàng)了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)位移約束的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化問題，并將優(yōu)化結(jié)果與一般優(yōu)化方法的最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比【】應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃法對(duì)半正弦沖擊載荷作用下

14、的平面正交鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了最小重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，其中考慮了頻率、最大動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力約束以及設(shè)計(jì)變量的上下限，但未考慮阻尼的作用。國(guó)內(nèi)關(guān)于動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，最早見于年林加浩發(fā)表的一篇文獻(xiàn)，他根據(jù)與單因子迭代相比，顯著改善了迭代的收斂性。此后，潘晉【】采用延長(zhǎng)脈沖激勵(lì)作用時(shí)間的方法，將動(dòng)力響應(yīng)拓?fù)鋬?yōu)化問題退化為靜力拓?fù)鋬?yōu)化問題來(lái)處理，并通過對(duì)比驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。夏人偉【】聯(lián)合采用數(shù)學(xué)變換、高精度近似和二級(jí)逼近策略提出了一種求解結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的準(zhǔn)解析法，該方法計(jì)算效率高、通用性強(qiáng)，能用于求 基于隔離艦艇結(jié)構(gòu)振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)形式、尺寸和運(yùn)用復(fù)合型材料一束下離散變量的靜動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

15、，分別以總重量和殼體徑向均方速度為目標(biāo)函數(shù)，得到構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)理論建立了某新型齒輪箱基座腹板尺寸和材料拓?fù)浞植純煞N動(dòng)力學(xué)優(yōu)化模型，得到了振級(jí)落差約束下減振效果最佳的基座腹板和底座方鋼結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问?。姚熊亮【】將剛性減振技術(shù)引入潛艇舷間隔振設(shè)計(jì)，提出在托板上布設(shè)剛性阻振質(zhì)量，并分別以阻振質(zhì)量截面尺寸和布設(shè)位置為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行了復(fù)合托板在艙段總重量限制約束下離散變量的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化。主要研究?jī)?nèi)容從上述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法目前已經(jīng)逐步應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、固有頻率和動(dòng)響應(yīng)約束的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)尺寸、形狀和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)也開始應(yīng)用，但在艦艇振動(dòng)聲學(xué)方面的應(yīng)用還非常少。鑒于此，本文

16、在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)噪聲在潛艇典型結(jié)構(gòu)中的傳遞特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，給出了具有高傳遞損失特性的潛艇典型基座、艙壁和舷間連接結(jié)構(gòu)形式，并進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在為改善潛艇聲隱身性能、減輕潛艇重量、提高潛艇作戰(zhàn)能力提供參考。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：根據(jù)彈性力學(xué)、阻抗失配原理和波型轉(zhuǎn)換原理，研究振動(dòng)噪聲在潛艇典型結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)傳遞通道、主導(dǎo)傳遞分量，并以此為切入點(diǎn)，通過將十字型、錯(cuò)開十字型和階梯型組合板結(jié)構(gòu)形式引入潛艇典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、在振動(dòng)噪聲主傳遞途徑上布設(shè)剛性阻振質(zhì)量、敷設(shè)吸振覆蓋層等方式來(lái)阻隔振動(dòng)噪聲主分量的傳遞，初步給出具有高傳遞損失特性的潛艇典型基座、艙壁和舷間連接結(jié)

17、構(gòu)。 哈爾濱稃大學(xué)碩十學(xué)何論文艙段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等的前提下，對(duì)阻振質(zhì)量的截面尺寸、布設(shè)位置等進(jìn)行基于離散變量的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使基座、艙壁和舷間連接結(jié)構(gòu)具備優(yōu)良的阻隔振動(dòng)噪聲向外流場(chǎng)輻射的能力?；诼晫W(xué)邊界元法，借助聲學(xué)分析軟件甃對(duì)比分析高傳遞損失基座、艙壁和復(fù)合托板結(jié)構(gòu)對(duì)潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)振動(dòng)均方速度、輻射聲功率和近場(chǎng)輻射聲壓周向分布等聲振特性的影響規(guī)律。 的反射作用。結(jié)構(gòu)中材料物理性質(zhì)的突變、截面的突變，轉(zhuǎn)角、加強(qiáng)肋條的存在等都會(huì)使振動(dòng)波在傳遞過程中不連續(xù)，反射或抑制一部分振動(dòng)波，從而起到隔離振動(dòng)波或結(jié)構(gòu)聲波的作用【。潛艇通常由厚壁環(huán)肋耐壓圓柱殼體、輕型非耐壓圓柱殼體和錐殼結(jié)構(gòu)組成，耐壓殼體與非耐

18、壓殼體由舷間密集布置的托板和實(shí)肋板等橫向構(gòu)件連接在一起，環(huán)肋、托板、實(shí)肋板和艙壁等結(jié)構(gòu)使原本均質(zhì)的耐壓殼和非耐壓殼發(fā)生了突變，根據(jù)阻抗失配原理，突變結(jié)構(gòu)能有效阻隔振動(dòng)噪聲在艇體結(jié)構(gòu)中的傳遞。因此，系統(tǒng)研究振動(dòng)波在潛艇典型結(jié)構(gòu)中的傳遞特性，對(duì)進(jìn)一步利用艇體結(jié)構(gòu)本身的不連續(xù)性來(lái)進(jìn)行減振降噪設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。振動(dòng)波在潛艇典型結(jié)構(gòu)中的傳遞特性、遵圖十字型組合板結(jié)構(gòu)示意圖假設(shè)分支固定節(jié)點(diǎn)上有一扭轉(zhuǎn)彎矩，則在入射分支滿足第一分支結(jié)構(gòu)的力矩阻抗為 透射彎曲波滿足將式代入式，得突變截面處的透射波、反射波及近場(chǎng)波與入射波相比，不僅幅值改變，還存在相位差，從工程應(yīng)用角度定義彎曲波的透聲系數(shù)為其中，A槳逯型淝

19、齲瑈為兩板中彎曲波力阻抗與彎矩阻抗幾何平均之比。于是痾一旦芝一島一日一由于各分支角速度相等，因此透射過的能量按如下比例分配： 砭：篍：魚：墨：里砭：篍：彰荷即最厚的分支吸收的能量最多，最薄的分支吸收的能量最少。由于角速度相等，各分支并考慮到十字引入截面厚度比盯歟疛，對(duì)于板狀結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，沙、盯一啦，痾尉危痾 于是，相應(yīng)的隔聲量為由上各式可以看出平面彎曲波在轉(zhuǎn)角處的能量再分配關(guān)系主要由兩塊板的特性阻 哈爾濱丁稗大學(xué)碩十學(xué)位論文圖十字型組合板隔聲量隨厚度比變化曲線由圖可以看出，對(duì)于非常薄的交叉板緯礁羯孔悖換岬，隨著厚度比的增加，墨，直線上升，越來(lái)越接近剛性?shī)A緊時(shí)的值；水平板與垂直板等厚常痾式，得喊伲海

20、簀石了孑諦于是相應(yīng)的隔聲量為 隨厚度比盯的變化曲線。圖相應(yīng)的隔聲量為瓜圖給出了平面彎曲波入射妥楹習(xí)褰峁故保羯縍隨厚度比仃的變化曲線。 哈爾濱藪笱學(xué)侍論文鹖圖將十字型組合板結(jié)構(gòu)的垂直構(gòu)件水平移開一段距離，便形成了錯(cuò)開十字型組合板結(jié)透射過的能量按水平構(gòu)件和垂直構(gòu)件的特性阻抗比例分配。與圖錯(cuò)開十字型組合板結(jié)構(gòu)示意圖第二分支結(jié)構(gòu)的力阻抗【】為砞 由于各分支角速度相等，透射過的能量仍按如下比例分配：若各分支結(jié)構(gòu)的材料相同，只是厚度不同，分別為魄、死、魄，則式可寫為巨：篍：衫赫于是僂呤騅耰爛嬙蛉相應(yīng)的隔聲量為蜀，弘痾；魯圖錨開十字型組合板隔聲量隨厚度比變化曲線 哈爾濱藪笱學(xué)付論文上升；水平板與垂直板等厚時(shí)

21、，水平隔聲量曷，與垂直隔聲量蜀。相等約為。通過對(duì)結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)閷⑹中徒M合板結(jié)構(gòu)的垂直構(gòu)件水平移開一段距離增大了垂直構(gòu)件連接處的機(jī)械阻力。在潛艇這種大型復(fù)雜空間板梁組合鋼結(jié)構(gòu)中，要達(dá)到大的厚度比是不現(xiàn)實(shí)的，通常圖階梯型組合板結(jié)構(gòu)示意圖基于結(jié)構(gòu)的阻抗特性和兩次截面突變處的波型轉(zhuǎn)換，結(jié)合蠰型組合板結(jié)構(gòu)隔聲量的推導(dǎo)過程，得到階梯型組合板結(jié)構(gòu)的透聲系數(shù)為相應(yīng)的隔聲量為【常痾】圖給出了平面彎曲波單獨(dú)入射時(shí)，階梯型組合板結(jié)構(gòu)隔聲量隨厚度比仃的變化曲線。 圖階梯型組合板隔聲量隨厚度比變化曲線由圖可以看出，在厚度比盯范圍內(nèi)，階梯型組合板結(jié)構(gòu)的隔振性能隨突變截艦艇結(jié)構(gòu)由大量縱橫骨架、板架和艙室組成，振動(dòng)波沿艇體

22、結(jié)構(gòu)傳遞途中會(huì)遇到具有隔離作用的自然障礙，如板或桿鉸支承結(jié)構(gòu)的接頭咝瘟印切瘟印形連接、瘟擁和加強(qiáng)筋等，這些自然障礙會(huì)對(duì)振動(dòng)波的傳遞起到隔離作用，根據(jù)這一思路，人為地在振動(dòng)波傳遞途徑上設(shè)置障礙，典型的就是剛性阻振質(zhì)量。圖剛性阻振質(zhì)量處截面及各物理參量 角速度歷應(yīng)相等，即邊界條件為：，國(guó)聊根據(jù)波動(dòng)理論，從較蛉肷淶惱業(yè)圓或忽略與時(shí)間相關(guān)的簡(jiǎn)諧因子向較蛐薪牟詼畋硎痙瓷洳慕謔牽瑇區(qū)域總的速度為弧即匠一：出億。、堋簃，二#畉!猳。一一一一。一 鯲】圖雋爍招宰枵裰柿拷孛娉嘰綬直鷂、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本理論結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)有限元法、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和數(shù)值計(jì)算方法等諸多學(xué)科相互交叉、有機(jī)結(jié)合的

23、產(chǎn)物，目前，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)已逐步從航空航天擴(kuò)展到船舶、汽車、橋梁、機(jī)械、建筑等更廣泛的工程應(yīng)用領(lǐng)域，其實(shí)質(zhì)是在滿足應(yīng)力、位移、頻率等各種約束條件的前提下，尋找使得目標(biāo)函數(shù)韁亓俊旒鄣最小的設(shè)計(jì)方案。 工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要工作是根據(jù)實(shí)際問題對(duì)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)化數(shù)學(xué)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通常采用一組取值不同的參數(shù)來(lái)區(qū)別不同的設(shè)計(jì)方案，這些參數(shù)可以是構(gòu)件質(zhì)量、速度、加速度、力和力矩等物理量，也可以是構(gòu)件尺寸、形狀和位置等幾何量。在構(gòu)成一項(xiàng)設(shè)計(jì)方案的全部參數(shù)中，一部分參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況預(yù)先確定了數(shù)值，在優(yōu)化過程中始終保持不變，如構(gòu)件主尺度、載荷、材料的泊松比和彈性模量等，這樣的參數(shù)稱為給定參數(shù)。另

24、一部分參數(shù)則是需要優(yōu)化的參數(shù)，它們的數(shù)值在優(yōu)化過程中是可變的，這樣的參數(shù)稱為設(shè)計(jì)變量，相當(dāng)于數(shù)學(xué)上的獨(dú)立自變量。分量的一個(gè)設(shè)計(jì)變量對(duì)應(yīng)著杓瓶占渲械囊桓鏨杓頻悖勻揮肵表示，它代表具有工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要尋找設(shè)計(jì)變量的最佳組合，使得結(jié)構(gòu)的某種性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。設(shè)計(jì)變量可以是構(gòu)件的截面參數(shù)，如厚度、寬度、半徑、截面積、慣性矩等，也可以是構(gòu)件的形狀布置參數(shù)，如高度、跨度、距離等，還可以是結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)或物理學(xué)性能參數(shù)，如重量、密度等。設(shè)計(jì)變量的合理選擇是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中十分重要的問題，設(shè)計(jì)變量越多，則設(shè)計(jì)越靈活，但難度也越大，因此，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)盡量減少設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)，只將那些對(duì)目標(biāo)函數(shù)影

25、響較大的參數(shù)選為設(shè)計(jì)變量，使結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型得到簡(jiǎn)化。任何工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都要在相應(yīng)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求下進(jìn)行，這些規(guī)范或要求往往會(huì)縮小設(shè)計(jì)變量的選取范圍，限制設(shè)計(jì)方案的選取，這些限定條件稱為狀態(tài)變量或約束條件。典型的工程約束有：相關(guān)規(guī)范的規(guī)定、設(shè)計(jì)規(guī)程的要求、施工和建造要求等。約束條件通常分為常量約束和約束方程兩類。常量約束常量約束也稱為界限約束，一般是設(shè)計(jì)規(guī)范或公約等的有關(guān)規(guī)定，或建造要求的數(shù) 約束方程是以設(shè)計(jì)變量為自變量，以需要加以限制的設(shè)計(jì)參數(shù)為因變量，按照一定的關(guān)系纈涔叵擔(dān)負(fù)喂叵檔建立起來(lái)的函數(shù)方程式。其中，有明確表達(dá)式院的約束方程稱為顯式約束，而大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、固有頻率或臨界載荷等

26、約束條件，必須通過精確推導(dǎo)才能得到，這些關(guān)系是隱含的表達(dá)式，稱為隱式約束。表征幾何關(guān)系的表達(dá)式稱為幾何約束，幾何約束多為顯式約束。應(yīng)力約束、穩(wěn)定性魄琲，琺廠觶琗 工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是從諸多可行設(shè)計(jì)方案中，以目標(biāo)函數(shù)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，通過求解目標(biāo)函數(shù)的極大值或極小值，從而確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，換言之，目標(biāo)函數(shù)給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)期要達(dá)到的目標(biāo)。目標(biāo)函數(shù)分為單目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)，在工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中，若目標(biāo)函數(shù)只包含一項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，稱為單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題；若目標(biāo)函數(shù)包含多項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，則稱為多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。由于單目標(biāo)函數(shù)評(píng)判指標(biāo)單一，易于收斂，因此求解過程簡(jiǎn)單明確。多目標(biāo)優(yōu)化問題則比較復(fù)雜，各個(gè)評(píng)判指標(biāo)往

27、往構(gòu)成矛盾，很難甚至不可能同時(shí)達(dá)到極值。通常采用線性加權(quán)將多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題進(jìn)行求解，或?qū)⒁恍┠繕?biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為狀態(tài)變量，但這樣處理后的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型往往不能真實(shí)反映多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的實(shí)質(zhì)，得到的最優(yōu)解也不能滿足設(shè)計(jì)要求。確定目標(biāo)函數(shù)是決定整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程成敗的關(guān)鍵性步驟，因?yàn)樗粌H代表了優(yōu)化循環(huán)的方向和目標(biāo)，而且對(duì)整個(gè)優(yōu)化過程的繁簡(jiǎn)難易具有直接的影響。因此，選擇目標(biāo)函數(shù)時(shí)必須全面考慮結(jié)構(gòu)的使用目的、功能和具體條件，抓住主要矛盾。另外，需要指出的是，工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中所謂的最優(yōu)方案是針對(duì)所選目標(biāo)函數(shù)和約束條件而言的。確定了合理的設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)后，便可構(gòu)造優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。

28、任何一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題都可以歸結(jié)為：在滿足給定約束條件齠段占銻“中的可行域的前提下，選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變量蠱淠勘旰達(dá)到極大值或極小值。結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可簡(jiǎn)化表示為鬼琲，琺，瑉隨著我國(guó)國(guó)防事業(yè)的飛速發(fā)展和海軍裝備的不斷更新?lián)Q代，艦艇的整體結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需考慮的約束條件也越來(lái)越多，因此，出現(xiàn)嚴(yán)格的參數(shù)要求和求解精度成為必然。如果仍然采用手工計(jì)算或計(jì)算機(jī)編程來(lái)進(jìn)行艦艇結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其難度可想而知，即使勉強(qiáng)能夠計(jì)算，其結(jié)果也必然值得商榷。上世紀(jì)七十 析軟件，其特點(diǎn)之一就是結(jié)合有限元分析技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法形成了基于有限元分析的化設(shè)計(jì)工具完成該問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大提高優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。

29、圖雋薃優(yōu)化數(shù)據(jù)流向圖。優(yōu)化分析文件是嘔杓乒討械墓丶糠鄭暾姆治齬前兩種優(yōu)化方法。零階方法也叫子問題近似法，它是最常用的優(yōu)化方法，可以有效處理絕大多數(shù)工程問題，它主要通過對(duì)目標(biāo)函數(shù)添加罰函數(shù)將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為非約束優(yōu)化問題，并用曲線擬合建立狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系，從而得到最優(yōu)解。與零階方法不同的是，一階方法使用狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)變量的偏導(dǎo)數(shù)進(jìn)行梯度計(jì)算，由此確定搜索方向，并采用線搜索法對(duì)無(wú)約束優(yōu)化問題進(jìn)行最小化，換言之， 一階方法基于目標(biāo)函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)變量的敏感程度，因此適合進(jìn)行精確的優(yōu)化分析，尤其適于狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)變化范圍很大的情形，但由于一階方法需要計(jì)算梯度和搜索方向，

30、因此其占用的機(jī)時(shí)也很多。過程，即首先對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，最后修正原始設(shè)計(jì)，如此反復(fù)循環(huán)直到所有設(shè)計(jì)要求都得到滿足。完成一次循環(huán)，得到一個(gè)有限元解。因此，可通過一系列單步循環(huán)，每次優(yōu)化求解前設(shè)定不同的設(shè)計(jì)變量來(lái)探索目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)，每次循環(huán)設(shè)計(jì)變量隨機(jī)變化，適用于研究整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)空間，所得結(jié)果能為后續(xù)優(yōu)化分析提供合理建議。也叫等步長(zhǎng)搜索法，它以一個(gè)參考設(shè)計(jì)序列為起點(diǎn)，每次優(yōu)化循環(huán)后按照單一步長(zhǎng)將設(shè)計(jì)變量在其變化范圍內(nèi)加以改變，生成新的設(shè)計(jì)序列。掃描法適用于研究狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)的整體變化趨勢(shì)。它是一種統(tǒng)計(jì)工具，可生成由各個(gè)設(shè)計(jì)變量極限

31、值組成的設(shè)計(jì)序列。乘子評(píng)估法適用于研究狀態(tài)變量與目標(biāo)函數(shù)之間的相互影響規(guī)律。最優(yōu)梯度法基于參考設(shè)計(jì)序列，在設(shè)計(jì)空間中計(jì)算狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)變量的梯度，并用向前差分法指定優(yōu)化循環(huán)的方向。最優(yōu)梯度法可確定優(yōu)化變量的局部設(shè)計(jì)敏感性。創(chuàng)建參數(shù)化分析文件，具體包括參數(shù)化建模、加載與求解、結(jié)果提取、優(yōu)化變量刺淞俊勘旰賦值，并生成優(yōu)化循環(huán)分析文件；進(jìn)入優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，指定優(yōu)化分析文件； 檢驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)序列。參數(shù)化前處理卜一一優(yōu)化預(yù)處理卜一優(yōu)化設(shè)計(jì)薰贏裂墨一結(jié)果文件輸出本章首先采用波動(dòng)分析法，根據(jù)不均質(zhì)結(jié)構(gòu)中的阻抗特性和波型轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)研究了振動(dòng)波在潛艇典型結(jié)構(gòu)中的傳遞特性，推導(dǎo)出了平面彎曲波入射時(shí)的透聲系數(shù)

32、和隔聲量公式，主要得出以下結(jié)論：十字型組合板結(jié)構(gòu)對(duì)彎曲波具有明顯的阻隔作用，彎曲波在突變截面處的能量再分配關(guān)系主要由兩塊板的特性阻抗所決定，妥楹習(xí)搴蚅型組合板結(jié)構(gòu)可看作是十字型組合板結(jié)構(gòu)的特例；截面處阻抗失配程度的加劇而顯著提高，采取多次截面突變的辦法能夠獲得較高的隔聲量；其后，本章還介紹了工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論，包括設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變優(yōu)化設(shè)計(jì)工具，為接下來(lái)的潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。 潛艇、魚雷等水下航行器的典型艙段一般可簡(jiǎn)化為有限長(zhǎng)加筋雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)，耐壓殼體與非耐壓殼體由舷間密集布置的托板和實(shí)肋板等橫向構(gòu)件連接在一起，當(dāng)耐壓殼體受到內(nèi)部機(jī)械設(shè)備動(dòng)載荷激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)

33、，舷間連接構(gòu)件直接將振動(dòng)波傳遞給非耐壓殼體并向外輻射產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲【】。雙層圓柱殼舷間振動(dòng)傳遞途徑分析內(nèi)殼受激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)波在雙層圓柱殼舷間的傳遞途徑【繽荊渲蠩為徑向激勵(lì)力。避呸。擼避 通過托板結(jié)構(gòu)傳遞托板結(jié)構(gòu)將內(nèi)外殼體牢固的連接在一起，內(nèi)殼受激振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)波通過托舷間連接結(jié)構(gòu)動(dòng)反力分析雙層圓柱殼體內(nèi)外殼間的耦合作用很強(qiáng)，托板結(jié)構(gòu)是舷間振動(dòng)傳遞的主要介質(zhì)，它將內(nèi)外殼體緊密的連接在一起，在激勵(lì)力作用下，內(nèi)外殼體作為一個(gè)整體一起振動(dòng)。舷間托板結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為受拉壓作用的桿件，其平衡方程為將醬式，得尉磐：一州如，嘗鐘同時(shí)，托板結(jié)構(gòu)和內(nèi)外殼體必須滿足位移連續(xù)的邊界條件郝其中，墨為內(nèi)殼半徑，最為外殼半徑。，

34、一嘗緲胍荒】托板結(jié)構(gòu)受力將式、式和式代入式，即可得到托板結(jié)構(gòu)作用于內(nèi)外殼體上的動(dòng)因此，第明個(gè)托板對(duì)內(nèi)殼和外殼的反力向量可分別表示為縏童釜釜駺一矽一剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板優(yōu)化分析由前面的舷間振動(dòng)傳遞途徑分析可知，舷間采用托板連接的雙層圓柱殼，內(nèi)外殼間耦合作用很強(qiáng)，因此，要降低圓柱殼體的振動(dòng)及聲輻射，必須削弱內(nèi)外殼間的耦合作用，使振動(dòng)能量在舷間得到有效衰減以致不能激起外殼振動(dòng)，從而對(duì)外殼起到“屏蔽”的作用。托板結(jié)構(gòu)是舷問振動(dòng)傳遞的主要介質(zhì)，因此，圓柱殼減振降噪設(shè)計(jì)的通常做法是減少舷間橫向連接構(gòu)件，如增大托板間距或減低托板剛度，但這樣做會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。 本章采用的潛艇艙段模型為內(nèi)外殼同心的

35、雙層圓柱殼體，如圖所示，其具體幾厚度諭飪羌湟醞邪搴褪道甙辶櫻邪寮薪嗆屯邪寮浼薪薔?。，厚度，實(shí)肋，如圖所示。圖潛艇艙段尺寸示意圖劇潛艇艙段模型乃：意圖托板和實(shí)肋板是雙層圓柱殼體舷間振動(dòng)的主傳遞途徑，剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板就是在托板結(jié)構(gòu)中引入剛性阻振質(zhì)量來(lái)阻隔振動(dòng)波向非耐壓殼體傳遞，從而達(dá)到減振降噪的目的，如圖所示，阻振質(zhì)量截面中心與艙段耐壓殼體的距離為孛娉嘰縹猘，其中斷虺嘰紓琤為軸向尺寸。整個(gè)潛艇艙段模型的材料參數(shù)為：彈性模量此殺取，密度。 圖剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板模型示意圖參數(shù)化建模通過這個(gè)隔振器安裝點(diǎn)傳遞到基座上并激勵(lì)殼體振動(dòng)，激勵(lì)力幅值為，激勵(lì)頻 截面中心與托板半徑方向中心重合，以振動(dòng)加速度

36、作為復(fù)合托板減振效果的評(píng)定參數(shù)，通過計(jì)算艙段非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)來(lái)對(duì)復(fù)合托板隔振性能進(jìn)行評(píng)估，以期得到最佳的剛性阻振質(zhì)量截面尺寸。設(shè)計(jì)變量：復(fù)合托板中剛性阻振質(zhì)量截面參數(shù)涓：涓。為綜合考察對(duì)復(fù)合托板中剛性阻振質(zhì)量截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化分析時(shí)，艙段非耐壓殼體疺其中，厶。為按倍頻程由各頻譜分量的加速度響應(yīng)值轉(zhuǎn)化的振動(dòng)加速度級(jí)【，乞蘭，為按倍頻程測(cè)得的各頻譜分量的加速度響應(yīng)值，為振動(dòng)加速度基準(zhǔn)值，取嘞。、圖結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)布置示意圖優(yōu)化采用零階方法，設(shè)置最大迭代次數(shù)為，連續(xù)次不收斂即退出循環(huán)。優(yōu)化結(jié)果見表及表，既有可行解，也有不可行解。圖和圖分別給出了優(yōu)化計(jì)算中艙段總重量和非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)的迭代收

37、斂曲線，可以看出迭代到第次，結(jié)果已經(jīng)收斂，即復(fù)合托板結(jié)構(gòu)中阻振質(zhì)量截面尺寸痓時(shí)，其隔振效果最佳。在托板結(jié)構(gòu)中引入剛性阻振質(zhì)量后，艙段總重量由增加為，增重。 圖艙段總重量迭代次數(shù)曲線號(hào)圖非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)變化曲線由表、表中的數(shù)據(jù)及圖、圖中迭代曲線的變化趨勢(shì)可以看出，剛性 結(jié)果表明：剛性阻振質(zhì)量截面高度對(duì)其隔振性能有很大影響，對(duì)于某一激勵(lì)頻率，對(duì)應(yīng)某一高度的阻振質(zhì)量無(wú)隔振作用，大于這一高度時(shí)，隨著高度的增大，阻振質(zhì)量對(duì)振動(dòng)波的隔離效果越來(lái)越好。這與上述優(yōu)化結(jié)果基本一致，說(shuō)明動(dòng)力學(xué)優(yōu)化分析的結(jié)果是正確可信的。接下來(lái)在上文研究的基礎(chǔ)上，保持復(fù)合托板中剛性阻振質(zhì)量截面尺寸一定口，進(jìn)行阻振質(zhì)量布設(shè)

38、位置優(yōu)化分析，設(shè)計(jì)變量取剛性阻振質(zhì)量截優(yōu)化方法的設(shè)置與截面尺寸優(yōu)化一致，優(yōu)化序列見表及表，圖給出了優(yōu)表剛性阻振質(zhì)量布設(shè)位置優(yōu)化結(jié)果痬表剛性阻振質(zhì)量布設(shè)位置優(yōu)化結(jié)果圖非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)變化曲線結(jié)合表、表中的數(shù)據(jù)及圖中的迭代曲線可以看出，復(fù)合托板中剛性阻振 質(zhì)量的最佳布設(shè)位置為，即阻振質(zhì)量應(yīng)布設(shè)在托板中部以里靠近耐壓殼體，這是由于托板根部艇體剛度很大，而托板本身剛度較小的緣故。另外，通過優(yōu)化阻振質(zhì)量的布設(shè)位置，艙段非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)由變?yōu)?，降由前面的?yōu)化分析可知，剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板能有效阻隔振動(dòng)波沿托板結(jié)構(gòu)向外殼傳遞，但由于潛艇舷間空間狹小，同時(shí)在托板結(jié)構(gòu)上焊接剛性阻振質(zhì)量工藝復(fù)

39、雜，因此，剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板的實(shí)際應(yīng)用和隔振效果往往受到限制。鑒于此，將復(fù)合托板中剛性阻振質(zhì)量用型鋼代替，并充分利用潛艇舷間橫向連接結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性來(lái)阻隔振動(dòng)波在舷間的傳遞，旨在達(dá)到減振降噪的目的。，開孔半徑廠，其圓心距離耐壓殼體：，托板夾角口。 哈爾濱笱學(xué)何論文口，間隔。狀態(tài)變量：潛艇艙段總重量；支座邊界處橫剖面上的內(nèi)表面應(yīng)力優(yōu)化采用零階方法，設(shè)置最大迭代次數(shù)為，連續(xù)次不收斂即退出循環(huán)。優(yōu)化出了優(yōu)化計(jì)算中艙段總重量、結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力值和非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)的迭代收斂曲線。表高傳遞損失復(fù)合托板結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化結(jié)果疢表高傳遞損失復(fù)合托板結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化結(jié)果痬，疢疢 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不產(chǎn)生影響。特殊點(diǎn)的取法是

40、在圓柱殼體中橫剖面上距離外殼處，以激振力作用點(diǎn)下一點(diǎn)起 號(hào)酃憾捌懨轷臀囅由圖梢鑰闖觶以下頻段，三種工況下艙段非耐壓殼體振動(dòng)均方速度段，隨著頻率的增大，高傳遞損失復(fù)合托板的降噪效果開始出現(xiàn)，隨后阻振質(zhì)量復(fù)合托板的作用也開始體現(xiàn)，總體而言，在中高頻段，高傳遞損失復(fù)合托板和剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板都有明顯的降噪效果，且后者略優(yōu)于前者。 量反而增大了艙段結(jié)構(gòu)的聲輻射；在中高頻范圍內(nèi)，隨著頻率的增大，高傳遞損失復(fù)合托板和阻振質(zhì)量復(fù)合托板的降噪效果先后開始體現(xiàn)，總體而言，兩者對(duì)中高頻結(jié)構(gòu)噪聲都有顯著的阻隔作用，且后者略優(yōu)于前者。振頻率下殼體近場(chǎng)輻射聲壓的周向分布曲線。置奠舟激振 低了潛艇典型艙段周向各位置的近

41、場(chǎng)輻射聲壓，低頻激振時(shí)，高傳遞損失復(fù)合托板降低中高頻激振時(shí)，在周向各個(gè)角度處，舷間采用剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板和高傳遞損失復(fù)合托板連接的潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)輻射聲壓明顯低于采用普通托板連接的艙段，且總體而言，阻振質(zhì)量復(fù)合托板的降噪效果優(yōu)于高傳遞損失復(fù)合托板；高頻激振時(shí)，高傳遞損失復(fù)合托板的降噪效果超過阻振質(zhì)量復(fù)合托板，且使聲壓指向性更集中，便于降噪處理。本章首先分析了振動(dòng)波在雙層圓柱殼舷間的傳遞途徑，其后根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，在滿足重量、尺度、強(qiáng)度和安裝要求等約束下對(duì)舷間采用高傳遞損失復(fù)合托板連接的潛艇典型艙段結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于離散變量的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要得出以下結(jié)論：雙層圓柱殼體內(nèi)外殼間的耦合作

42、用很強(qiáng)，托板結(jié)構(gòu)是舷間振動(dòng)傳遞的主要介質(zhì)，加劇了內(nèi)外殼體的耦合振動(dòng)，要降低圓柱殼體的振動(dòng)及聲輻射，必須削弱內(nèi)外殼間的耦合作用，使振動(dòng)能量在舷間得到有效衰減以致不能激起外殼振動(dòng)；大，艙段非耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)越小，通過優(yōu)化分析得到隔振效果最佳的阻振質(zhì)量截面尺寸和布設(shè)位置分別為痓，另外，通過改變托板夾角并在其上開孔構(gòu)造高傳遞損失復(fù)合托板結(jié)構(gòu)能進(jìn)一步提高隔振性能，經(jīng)過優(yōu)化分析得到最佳的復(fù)合托板結(jié)構(gòu)參數(shù)為猟猟；剛性阻振質(zhì)量復(fù)合托板和高傳遞損失復(fù)合托板對(duì)中高頻結(jié)構(gòu)噪聲都有顯著的阻隔作用，且前者略優(yōu)于后者，但隨著激振頻率的增大，高傳遞損失復(fù)合托板的降噪效果會(huì)超過阻振質(zhì)量復(fù)合托板。 艦艇動(dòng)力機(jī)械設(shè)備在運(yùn)

43、行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲，其中大部分由安裝基座直接傳遞到船體結(jié)構(gòu)，成為結(jié)構(gòu)噪聲。因此，在船體結(jié)構(gòu)上安裝動(dòng)力機(jī)械設(shè)備，通常借助中間安裝構(gòu)件隔振基座，其作用是連接設(shè)備與船體結(jié)構(gòu)，承受設(shè)備的動(dòng)靜載荷，傳遞船體與傳統(tǒng)隔振設(shè)計(jì)是在設(shè)備與基礎(chǔ)之間設(shè)置彈性支撐或阻尼物質(zhì)，這屬于柔性隔振。但實(shí)際應(yīng)用中，與動(dòng)力機(jī)械相連的某些設(shè)備或結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)往往不允許自身有大的變形，此時(shí)采用柔性隔振技術(shù)來(lái)阻隔振動(dòng)波的傳遞是不適宜的，而必須研究使用剛性減振技術(shù)。剛性阻振質(zhì)量基座優(yōu)化分析如圖所示。 哈爾濱】：科大學(xué)碩士學(xué)位論文剛性阻振質(zhì)量基座由基座面板、腹板、肘板、橫向安裝板架、垂向安裝板架、支撐肘板及布設(shè)在基座腹板上的剛性阻振質(zhì)量組

44、成，如圖所示。本章所研究剛性阻振質(zhì)量基座結(jié)構(gòu)模型具體尺寸如圖所示，基座面板七，厚度：拱宄，厚度獍錱，厚度嵯虬滄鞍寮躪，厚度，剛性阻振質(zhì)量布設(shè)在基座腹板上靠近安裝板架，距離橫向安裝板架孛娉嘰鏰。整個(gè)基座艙 型堡墮堡墮量圖剛性阻振質(zhì)量基座模型示意圖圖剛性阻振質(zhì)量基座尺寸示意圖為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將設(shè)備重量以質(zhì)量點(diǎn)的形式均布于基座面板，然后在兩邊基座面板上分別選取個(gè)點(diǎn)作為設(shè)備隔振器的安裝點(diǎn)，設(shè)備激勵(lì)力怪庇諢姘通過這個(gè)隔振器安裝點(diǎn)傳遞到基座上并激勵(lì)殼體振動(dòng)，激勵(lì)力幅值為，激勵(lì)頻率按倍頻由心與基座腹板高度方向中心重合，以振動(dòng)加速度作為隔振基座減振效果的評(píng)定參數(shù)，通過計(jì)算艙段耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)來(lái)對(duì)隔振基座

45、隔振性能進(jìn)行評(píng)估，以期得到最 佳的剛性阻振質(zhì)量截面尺寸。目標(biāo)函數(shù)：耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)。為綜合考察對(duì)隔振基座中剛性阻振質(zhì)量截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化分析時(shí)，艙段耐壓殼體在對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)值按下式取平均聲振動(dòng)級(jí)其中，厶為按倍頻程由各頻譜分量的加速度響應(yīng)值轉(zhuǎn)化的振動(dòng)加速度級(jí)】，蒻。、【剖相同圖結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)布置示意圖優(yōu)化采用零階方法，設(shè)置最大迭代次數(shù)為，連續(xù)次不收斂即退出循環(huán)。優(yōu)化結(jié)果見表及表，既有可行解，也有不可行解。圖和圖分別給出了優(yōu)化計(jì)算中基座艙段總重量和艙段耐壓殼體平均振動(dòng)加速度級(jí)的迭代收斂曲線，可以看出減振效果最佳的隔振基座中剛性阻振質(zhì)量截面尺寸為口肋。在潛艇基座中引入阻振質(zhì)量表剛性阻振質(zhì)量截面尺寸優(yōu)化結(jié)果“ 第慮蓖溏鮑摹庠結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)痬