运用AutoSEA分析潜艇结构的高频声辐射特性.pdf

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1、第4l卷第1期2012年02月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGV01．41No．1Feb．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．01．035运用AutoSEA分析潜艇结构的高频声辐射特性李斌，王永生。刘承江(海军工程大学船舶与动力学院，武汉430033)摘要：以AutoSEA2为工具建立典型单壳体潜艇结构的统计能量分析模型；分析潜艇结构噪声的辐射特性，对各噪声源在总噪声辐射中的贡献进行排序；针对性地采取了隔振减振措施并分析其效果。关键词：AutoSEA；潜艇结构；高频；声

2、辐射特性中图分类号：U674．76；TB532文献标志码：A文章编号：1671-7953(2012)01-0121-03高频振动及其引起的潜艇结构声辐射在潜艇结构的整体声辐射中占有重要地位。一方面，潜艇结构本身庞大复杂，可以看作由大特征尺寸结构(板、梁等)所组成，即便到高阶模态，同有频率仍会很低；另一方面，潜艇结构中的各种激励则具有宽频带分布特性⋯，见表l。表1船舶典型激励的频带分布Hz激励源柴油机风机电动机螺旋桨减速齿轮船体5～20～5～10_10～l00030020022000几万400统计能量法是分析结构高频振动及其引起

3、的声辐射的有效方法。AutoSEA2是基于统计能量法而开发的用于中、高频结构振动、噪声分析和优化设计的有效工具，其在航空航天和汽车工业上的应用，相对来说已经比较成熟旧引，而在船舶和潜艇上的应用则处于起步阶段。l建立潜艇结构统计能量分析模型在UG中建立suboff单壳体潜艇的几何模型，同时，为了使分析结果更具有实际应用价值，参考实际潜艇的舱段设计，在几何模型中进行粗略的舱段划分。从头部到尾部，共划分了5个舱段，依次标记为舱段1—5，见图1。在此基础上，将建立的suboff潜艇几何模型导入AutoSEA2，建立统计能量分析模型。收

4、稿日期：201l一03一14修回日期：2011—04—08第一作者简介：李斌(1987一)，男。硕士生。研究方向：机械振动噪声的数值预报方法E-mail：hailanglibin@163．com南冬．．图1潜艇体结构子系统划分在建立的统计能量分析模型中，所有壳体、舱壁采用钢材料，厚度为1cm，外部介质为海水。整个模型共划分为29个子系统。舱段1采用双曲率板进行模拟；与指挥台围壳相连接的中间开孔舱段2沿中线剖开，划分为两个单曲率板子系统(2，3)；尾部与舵相连接的舱段5采用相似的处理方法，划分为4个单曲率板子系统(8，9，10，

5、11)；舱段3和舱段4采用圆柱壳子系统进行模拟；指挥台围壳划分为两个对称的单曲率板子系统(6，7)；4个舵采用同样的处理方法，共划分为8个单曲率板子系统(13～20)。指挥台围壳和舵上方的封闭结构采用了平板子系统模拟(12，21～25)；舱段之间的舱壁，采用平板子系统(25～28)进行模拟。处理后的模型可以方便地利用AutoSEA2中提供的自动连接功能，建立子系统之间的连接。实际上，考虑到当外部激励作用在壳体上激励艇体振动时，壳体的振动很难传递到舱壁结构。在对较复杂结构进行统计能量分析子系统划分时，结合研究需要，可以适当地略去

6、这种类舱壁结构的子系统建模。对省略前和省略后两种状况下的结构声辐射分别进行试算，所得结果验证了此考虑的可信性。在舱段4(子系统5)内作用有径向单位激励力。2数值分析由于研究的是潜艇的壳体声辐射，建立的潜121第1期船海工程第4l卷艇壳体结构模型主要由板、壳、圆柱结构组成，故能量大部分通过弯曲波传输∞J。在研究中只考虑弯曲波传输能量，计算和分析潜艇壳体结构外声场辐射特性。利用AutoSEA提供的振源排序功能，对各振源引起的声辐射在总辐射声功率中的贡献大小进行排序，明确主要振源和减振降噪措施的主要施加对象；之后针对I生地采取一定的

7、减振隔振措施(增大动力舱壳体的厚度和结构损耗因子)，分析其效果。图2反映的是对外声场辐射有较显著贡献的各子系统向声介质中的输入功率大小。10。10510。≥瓷1071081091010103用z10．105图2各振源贡献排序由图2可以对各振源的贡献进行排序。输入外声场的总功率主要来自于激励力直接作用的子系统5向其输出的声功率。因此，为了提高潜艇隐蔽性，满足潜艇声学性能指标时，首先需考虑的是对动力舱段采取减振、隔振措施。明确了对外场声辐射贡献较大的主要振源，接下来有针对性地对选定的对象采取隔振、减振措施。本文主要考虑壳体厚度和阻

8、尼因子的变化对结构声辐射的影响。图3反映的是动力舱外壳(子系统5)的结构阻尼损耗冈子(DLF)分别缩小和扩大10倍后，外声场中辐射声压的大小。130128芒1261124量122吝120套118堡116浮1141l2llO122f／Hz图3动力舱阻尼因子对声辐射影响由图3看出