基于统计能量法的水下航行器振动分析

作     者：向万龙 

作者单位：中国舰船研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：江国金;黄红飞

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：水下航行器 统计能量法 机械振动 减振降噪 

摘      要：随着科学技术的不断发展,振动引起的噪声问题得到更多人的关注。在民用领域,如汽车、轮船、飞机等出行工具,振动产生的噪声会影响乘客乘坐的舒适性;而在军用领域,随着声纳探测等技术的不断发展,噪声水平已变成衡量武器作战性能的重要指标。而想要降低噪声,一个行之有效的措施就是降低振动。特别是对于水下航行器,其机械振动传递到各结构上所引起的噪声是其总体噪声的主要来源之一。通过对水下航行器振动进行分析,不仅能够对噪声源进行大致定位,为降噪提供方向,还能在设计初期预计水下航行器的噪声指标,以此对航行器结构进行相应调整后再进行分析修改,实现水下航行器的动态设计,从而可以大大降低设计成本、提高设计效率、降低风险等。上世纪80年代末,美国航空航天行业提出并研发了解决卫星高频振动问题的统计能量法应用软件,它以当时刚刚兴起的统计能量法为核心,从能量的角度,运用统计的观点来分析大型复杂结构物在中高频外载荷作用下的动力学响应,能够准确地、便捷地、有效地模拟其声学相关特性,为分析预报产品结构在中高频段的振动响应提供了有利的工具。本文的主要研究内容分为以下三个方面:首先,详细介绍了统计能量法的基础知识,包括它的产生、国内外发展、定义、适用范围等;然后系统的介绍了统计能量法中三个关键因子模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子的定义以及常用的计算方法;其次,采用稳态能量流技术和现场稳态测试方法联合求解两垂直耦合板的内损耗因子及耦合损耗因子,然后用AutoSEA2软件对实验进行仿真,将仿真结果与实验结果相比较,以验证软件仿真分析的准确性与可行性;最后,以某大型水下航行器振动实验数据为基础,将实验测得的电机振动数据作为激励源输入AutoSEA2软件中,设置好其他参数后进行仿真,计算航行器上各点的振动加速度级,并与实验测得的数据进行对比,从而验证统计能量法可以解决大型水下航行器的振动动力学响应等问题,然后对航行器尾部整流罩进行改进优化,有效降低了航行器的航行噪声。本文系统的展现了统计能量法及AutoSEA2软件在大型结构振动及其传递等问题上强大、准确、便捷的仿真计算能力,为今后更多的工程设计及相关改造项目提供了更为快捷有效的仿真分析方法。