声学覆盖层对锥柱组合结构水下振动噪声的影响

声学覆盖层对锥柱组合 结构水 下振 动噪声 的 影 响
缪旭 弘 ，庞福振
（．中国人民解放军 ９ ５ ７部 ，北京 １０ ０ ； ２ １ ２３ ００ ７ ．哈尔滨工程大学 船舶工程 学院，黑龙 江 哈尔滨 １０ ０ ） ５０ １
捅
要
基 于统计能量法研 究声学覆盖层对锥柱组合结构水 下振动噪声的影响。研究结果表 明，覆盖层敷设 方
法的基本原理…】 是将一复杂结构划分成若干予系统， 当某个或者某些子系统受到激励载荷振动时， 子
系 统 间将 通过 边 界进 行能 量交 换 。这 样对 每个 子 系统 都能 列 出一个 能量平 衡 方程 ，并最 终得 到一 个高
阶线性方程组。求解该方程组即可得到各子系统的能量，进而得到各个子系统的振动参数，如位移、
漏”现 象，导 致声学覆 盖层降噪效果下降；随着损耗 因子 的不 断增 大， “ 声泄漏”现象逐渐得到缓解，但 声学覆盖层抑振降噪效果 有所下降。
关 键 词 ：船舶、舰船工程；统计能量法；声学覆盖层；锥柱组合结构；水下振动噪声；损耗因子；
声泄漏
中图分类 号：Ｕ６ １ ４ ６ ．４
ｋｌ ＝ ｊ ，￣ ＝ｔ ｉ ｊ
（， ｆ２ ： ｌ
…
，
（） ４
ｊ ｌｊ ＝ ，≠ｌ
式 （ ）表 明， 当系统进 行 稳态 强迫 振动 时 ，第 ｉ 子系 统输 入功 率除 消耗 在该 子系 统阻 尼上 外 ， ４ 个
应全 部传 输到 相邻 子 系统上 去 ，于 是有
式、结构 损耗 因子对声学覆盖层抑振降噪效果有较 大影响， 当声学覆盖层敷设在结构振 动主导传递途径 中 时，其对传递 途径 下游结构 的抑振效果较为 明显，而对 振源及传 递途径上游结构 的振 动影响不 大，且其抑
振降噪效果随敷设密度的增加而增大；损耗因子较小时，声能将从未敷设区域 “ 泄漏”出来，出现 “ 声泄
． Ⅳ
＝
，
骞 ＋∑ ＋
ｊ ，． ＝ｌ ｉ ｙ
式中：
，
为外 界对 子系 统 ｉ 的输入 功率 ；
为子 系统 ｉ 向子系 统 的功率 。 流
当稳 态振 动 时 Ｅ ＝０，上式 可变 成 ：
ｍ 巨 Ｎ（ ： ＋∑
，
－ｒ ： ∑ ∑ ｃｊ Ｎ ｏ ） Ｅ Ｎ ／
．
则 保 守耦合 系统 中从 子系 统 ｉ 递 到子 系统 ， 单 向功 率流 可表 示为 传 的
Ｐ ｃｑ Ｅｉ ｏ （） ２
式中：
为从 子系 统 ｉ 到子 系统 的耦 合损 耗 因子 。
记 ＝ｄ ，ｄ 为子 系统 ｉ Ｅ ／ｔ 的能量变 化 率 ，则子 系统 ｉ 的功 率流 平衡 方程 为 ：
５ ２卷 增 刊 ｌ ２ ｌ 年 ７月 ０ １
中 国 造 船 Ｓ Ｐ Ｉ ＤＩ ＦＣ ＮＡ ＨＩＢＵ Ｌ ＮＧ Ｏ ＨＩ
Ｖｏ ． ２ Ｓｐ ｃ ａ １ ｅ ｉ ｌＩ ５
Ｊ ｌ ０１ ｕｙ２ １
文章编号 ：１０ －８ ２２ １）１０ ５ ．９ ０ ０４ ８ （０ ｓ ．０ ９０ １
１ 统计能量法
由于 声学 覆盖 层 的有效 作用频 带 多集 中于 中高频 段 ， 统计 能量 法 （ｔｔｔ ａＥ ｅｇ ｎｌｓ ， Ｅ Ｓａｉｉ ｌ ｎｒｙＡ ａ ｉ Ｓ Ａ ｓｃ ｙｓ 法 ）在 结构 中高频 声振环 境 预报领 域 具有独 特 的优势 ，为此 ，本 文借助 统计 能 量法 开展 了声学 覆盖 层 对 锥 柱组 合结 构水 下声 学特性 的影 响研 究 。
收稿 日期：２ １－５２ ：修改稿收稿 日期：２ １－６０ ０ １０ ．５ ０ Ｉ ．９ ０
中
国
造
船
学术论文
２ ０世 纪 ８ ０年代 以后 ，Ｓ Ａ 法 开始在 理论 、强 耦合 、 Ｅ 激励 相 关性 、试验 Ｓ Ａ 以及 有 限元 和 Ｓ Ａ相 结合 等 方法 们 Ｅ Ｅ ，大幅提 高 了 Ｓ Ａ法 的计 算精度 。Ｓ Ａ Ｅ Ｅ
对含 球形 微粒 和空 腔结 构的 声学覆 盖层 声特 性进 行 了研 究 ，结 果表 明 ，可通 过优化 基材 、粒 子材 料 、 孔 隙率 、粒子 分布 密度 函数和 空腔 形状 等参数 获 得最佳 的吸声性 能。 上述 研究 多是针 对 声学覆 盖层材 料 声学性 能及 声 学覆 盖层 结构 设计展 开 的 ， 而关 于声 学覆盖 层对 实 际舰船 结 构抑振 降噪效 果 的研 究则相 对 较少 【 】 ６ ；为此 ，本 文基 于 统计 能 量法 开展 了声 学覆 盖层 对 锥 柱 组合 结构水 下振 动噪 声 的影响研 究 ，比较 了敷 设 声学 覆盖层 前后 锥柱 组合 结构 的水 下振动 噪 声特 性 ，得 到 了声学 覆盖层 的 实际抑 振 降噪效 果 ；在此 基础 上 ，分析 了声 学覆 盖层 敷设密 度 和敷设 位 置对 锥柱 组合 结 构水下 振动 及声 辐射 的影 响 ，并讨 论 了损 耗 因子对 声 学覆盖 层 减振 降噪 效果 的影 响。
速 度 、加速度 和 声压等 。
对 于 Ｓ Ａ法模 型 中 的 ｉ 系统而 言 ，其在 带 宽 Ａｃ Ｅ 子 ｏ内的平 均损耗 功 率
＝ｃｒＥ ａ１ ｆ （） １
式中：
为分 析带 宽 ｒｏ内的 中心频 率 ； ． 为 结构 损耗 因子 ；Ｅ 为子 系统 的模态 振动 能量 。 ｉ ｃ ｒ ７ ，
文献标 识码 ：Ａ
０ 引 言
声学覆 盖层 作为 一种有 效 降低船 舶水 下振 动噪 声 的手段 ，正受 到越 来越 多 的关注【 ｌ Ｊ 。文献 【】 ３将 非 均匀 复合材 料层 等效 为 多层非均 匀介 质 ，采用 非均 匀波 导理 论 ，研 究 了水下 非均匀 复合 材料 层结 构 的 声 学性 能 ：王仁 乾 等 人采 用分 层 媒质 模 型对 隔声 去耦 瓦 的材 料及 结 构形 式 进 行 了研 究 ；文 献 ［】 ５