开题报告-基于有限元法的橡胶周期结构声特性研究

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1、本科毕业设计——橡胶周期结构声特性研究本科毕业设计(开题报告)题目:基于有限元法的橡胶周期结构声特性研究专业名称　环境工程学生姓名田丹指导教师刘志宏毕业时间2015年6月航海学院环境工程系03061101田丹本科毕业设计——橡胶周期结构声特性研究一．研究背景及意义：潜艇是具有重要威慑作用的海上隐蔽作战平台。要使潜艇发挥隐蔽性强、杀伤力大的军事效益，潜艇的隐身性能尤为重要。由于声波（尤其低频声波）是水下长距离传播的唯一信号形式，因此，声隐身是潜艇隐身性能的决定因素。潜艇声隐身技术包括两方面内容，一是降低潜艇自身噪声辐射强度，以降低被敌方被动声纳发现的可能性；二是减小潜艇目标反射强度，

2、以降低被敌方主动声纳发现的可能性。近年来，潜艇噪声辐射控制技术水平的提高，特别是安静型、超安静型潜艇的出现，使得被动声纳的探测效率急剧下降[何世平．粘弹性圆柱管中波的传播研究及吸声覆盖层声学特性分析[博士学位论文]．上海：上海交通大学，2004]。可以预计，在不久的将来，潜艇的声隐身重点将逐渐转向减小目标反射强度，以对抗敌主动声纳的探测。降低潜艇目标反射强度、抑制敌主动声纳探测的最有效的方法就是在潜艇表面敷设消声瓦。敷设在潜艇外表面的消声瓦，以实现吸声功能为主，同时兼顾抑振和隔声，是目前潜艇上用于对抗敌方主动声纳的关键部件。吸声覆盖层是指敷设在潜艇表面具有吸声作用的一种功能性材料和

3、结构。吸声覆盖层对提高潜艇的隐蔽性能作用显著，准确计算其声学性能具有重要的意义。自从Alberich型吸声覆盖层被德国应用以来，吸声覆盖层的吸声机理、仿真预报、性能优化等一系列相关问题一直是研究的热点。随着探测技术的不断进步，对潜艇航海学院环境工程系03061101田丹本科毕业设计——橡胶周期结构声特性研究的隐身性能要求也越来越高，而吸声覆盖层正朝着低频、宽带、耐压的方向发展【1-9】。二．研究现状：早期的水声吸声材料内部设计有短圆柱空腔，所以短圆柱空腔的吸声机理研究较早。Meyer等用离散的阻尼共振系统来描述短圆柱空腔的共振特性，即将短圆柱空腔用一个带有阻尼的振子来描述，整个水声

4、吸声材料则由许多振子并联而成。70年代末期，Gaunaurd采用线性粘弹性Kelvin-Voigt模型，在短圆柱空腔的高度远小于直径的条件下，研究表明空腔呈径向共振，在空腔壁产生耗散效率较高的横波，因而材料吸声性能显著增强。Lane分析认为，吸声性能不仅源于空腔的径向共振，还源于圆柱空腔端面覆盖薄层的弯曲共振。Gaunaurd进一步研究表明，圆柱空腔在声波激励下产生的这两种共振中，哪一个起主要作用则取决于水声吸声材料相对于圆柱空腔端面覆盖薄层的刚度比。国内朱蓓丽研究了含圆柱空腔的橡胶声学性能，结果表明，在共振频率处，空腔壁剪切变形达到最大值，完成纵波向横波的转化，利用横波在阻尼介质

5、中耗散效率较高的特点，可实现声波的高效吸收。何世平、汤渭霖等以柱面波本征展开为基础，发展了二维近似理论，分析了水声吸声材料内部短圆柱空腔散射形成的轴对称波，结果表明，低阶谐波为径向膨胀波，低阶谐波共振对低频声吸收起主要作用。谭洪波、王曼等采用有限元方法，分析了含圆柱空腔复合橡胶内部的位移场，同样表明声吸收源于空腔的径向共振和端面覆盖层的弯曲振动。航海学院环境工程系03061101田丹本科毕业设计——橡胶周期结构声特性研究【易思】由于水声吸声材料属于一类典型的非均匀复合介质，其内部声波的传播过程比较复杂，目前能够解析处理的介质仅限于多层均匀结构，分析方法为传递矩阵法。能够用不同散射方

6、法处理的声学结构仅限于几类简单的几何形状，如球形、准球形以及柱形。对于较复杂的声学结构，如阻抗渐变空腔等，常采用近似方法或数值方法。【易思】有限元法就是一种重要的数值方法。有限元方法是随着计算机技术和计算声学的发展而兴起的。近年来，有限元方法逐渐被引入到水声吸声材料声学性能的分析中。国际上使用有限元方法对结构吸声材料的声学特性的分析始于80航海学院环境工程系03061101田丹本科毕业设计——橡胶周期结构声特性研究年代。Ma等运用有限元方法分析了谐波在含有周期分布圆柱孔的复合材料的的传播。该方法采用有限元法直接对水声吸声材料进行建模分析，由于有限元数目较大，因而存在计算量大、计算时

7、间长的缺点。根据水声吸声材料内部空腔的周期性特征，法国声学实验室Hennions等根据周期性边界条件，通过应用Bloch定理，仅对单个空腔以及上下表面的部分流体进行建模，并且把入射和透射波平面波展开，然后应用上下流体与水声吸声材料压力连续条件，编写了ATILA程序，实现了垂直和倾斜两种入射方式下水声吸声材料吸声性能的分析。同时，利用有限元法分析了空腔在共振频率处的位移场，初步分析了水声吸声材料内空腔的共振吸声机理。国内谭洪波采用相同的思路，将有限元法应用于含球形、圆柱