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1、潜艇动力舱浮筏隔振参数对振动与声辐射的影响徐张明 博士研究生 上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室[200030]沈荣瀛 教授/博导 上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室[200030]华宏星 教授/博导 上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室[200030] 摘 要 降低动力机械引起的潜艇壳体振动以及水下声辐射一直是工程上的一个重要问题。本文利用ANSYS有限元软件,建立了潜艇动力舱的水下声振耦合模型。通过数值计算,分析了主动力浮筏隔振系统中的参数变化,如上下隔振器的刚度、筏体的
2、质量比和刚度改变对动力舱内振动传递率以及水下辐射噪声的影响。本文建立的计算模型可进一步推广应用于因机械设备引起的整个潜艇水下耦合声振预报。关键词 声振耦合 水下声辐射 浮筏 振动隔离中图分类号 U663:TB53介质的压缩性,又从根本上忽略了结构振动的声能0 引 言辐射。在高频时,结构表面边界采用平面波阻抗近 大量研究表明,动力装置振动引起的机械噪声似,而这对大多数实际问题是不实用的。是船舶水下辐射噪声的最主要的噪声源之一,因此理论上,有限元结合边界元的方法(FEM/模拟实船内部动力系统上的激励,
3、研究动力装置的BEM)是计算无界域中的结构振动和辐射噪声最具振动通过双层壳体的传递以及向水下辐射的噪声是吸引力的方法。有限元法的优点是计算结构动力学非常有意义的。近年来,对船舶动力装置的隔振已问题,包括流固耦合面上的振动问题,而边界元法对进行了大量研究工作,浮筏技术得到了应用,并取得计算无限域中的声学问题非常有效。计算机技术的[123]很好的效果。迅猛发展为求解复杂结构的耦合声振问题提供了前在对潜艇这样大型复杂结构的振动和声学预报提,本文尝试浮筏技术在潜艇上应用的可能性研究,中,由于潜艇壳板和水流体
4、介质之间存在着相互耦计算并分析动力系统中隔振的参数改变对振动传递合作用,所以对其分析是一件十分复杂的事情。结率、外壳体的振动以及声辐射性能的动态特性。首构受激振动在可压缩流体介质中产生声场,同时声先采用有限元软件ANSYS计算动力舱段与流体的场又对结构产生反作用力,因此,需要求解大矩阵的耦合振动,然后将计算得到的外壳体上的振动速度结构振动和声场的耦合动力学方程,工作量相当大。作为计算辐射噪声的边界条件,利用边界元软件由于软件和硬件的限制,对具体的实艇结构的声振SYSNOISE,计算声学物理量。研究还
5、有很多工作要做。不少学者对加肋圆柱壳等1 声振计算的有限元/边界元理论结构的声振模型进行了大量的研究,并得到了许多[426]可借鉴的经验。对中间充液的双层壳体的研 对于复杂的含浮筏隔振的双层加肋的潜艇动力究,由于其结构复杂,无论是理论计算还是水下振动舱,为了体现声振一体化的设计需要,将振源、隔振与声学实验都比较困难,相关资料较少,而且这些简器、筏体、基座、耐压壳体、双层壳体中的流体、外壳化了的圆柱壳体模型与真实的潜艇结构还是存在很体以及外流场组成统一的系统进行分析研究。目的大的差异。鉴于求解复杂结
6、构的流固耦合问题的困是为了更好地评价振动能量的传递以及辐射的声难,部分学者先计算船舶在真空中的振动问题,然后能,从而采取更加有效的手段来控制振动和声能量[2]利用计算得到的结构表面振动速度来进行声辐射计的传递。[8]算,但这样又从物理上违背了结构流体耦合这一1.1 有限元方程事实。在考虑流固耦合作用的声振研究中,文献[9]对耐压壳体以内的潜艇结构,采用有限元分析提出在低频时将水介质对结构振动的影响通过求解是非常普遍但又很实用的方法。而对于湿结构部Laplace方程作为附加质量来考虑,这样既没有考虑分
7、,必须考虑流固耦合的作用,通常通过对模型进行 ·22·船舶工程2002年第6期©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.单元离散、求解波动方程以及结构运动方程来实现。问题作特别处理,该技术在本文不再赘述。在流固耦合的交界面上,结构振动产生流体负载,而在结构面S上的i节点处,单频声场的法向声i声压对结构也同时产生面力,所以必须同时计算结强In由下式给出:构动力方程和流体中的波动方程。描述完全耦合的i1ii3In=Re{
8、p·(vn)}(4)结构流体运动方程,用统一的矩阵形式表示有:2ss其中,Re{}表示取实部,3表示取共扼。对结构外表[Me][0]{¨ue}[Ce][0]{Ûue}+面的法向声强作面积分可得结构的辐射声功率W。ff{¨p}f{Ûp}ρ[Re][Me]e[0][Ce]e[Ks]-[Rf]T{u}{Fs}2 声振耦合模型eeee+=(1)f{p}[0][Ke]e{0} 为了计算双层壳体的动力舱的浮筏隔振参数对由式(1)可以同时获得流固面S上的位移和声压。水下辐射噪声的
