双层圆柱壳典型基座振动波传递特性优化分析

双层圆柱壳典型基座振动波传递特性优化分析

郑律;庞福振;姚熊亮;康逢辉;丛刚;陈林

【摘要】采用波动分析法,根据不均质结构中的阻抗特性和波型转换,分析振动噪声在典型双层壳结构中的传递特性.以此为切人点,采用有限元/边界元(FEM/BEM)耦合法分析人为构造的传递损失基座的减振降噪性能.通过对组合板振动波的传递特性的分析可以得出,当定常结构发生突变时,结构阻抗也会随之发生变化,导致结构之间的阻抗失配,从而使得振动波在突变截面处发生反射和透射,降低振动波的传递效率,阻隔振动波能量向下游结构传递.然后,据此理论设计了传递损失基座,并用有限元/边界元耦合法验证了传递损失基座的减振降噪性能.%According to impedance mismatch and wave mode conversion in heterogeneous structure which based on wave analysis method, the characteristics of vibration wave propagation in typical submarine structure were studied. Based on this, vibration and noise reduction performance of artificial transmission loss base was analyzed through FEM/BEM coupled method. By reviewing vibration wave transmission characteristics for composite plate, the conclusions are drawn that the structure impedance changes, when the structure cross section mutates. Thus, leading to impedance mismatch between the structures, so the vibration wave will reflect and transmit in the mutant cross-section, and reduce the transmission rate of vibration. An artificially constructed transmission loss base was designed using the theory, and the vibration and noise reduction performance of the base was verified by FEM / BEM coupled method.

【期刊名称】《中国舰船研究》

【年(卷),期】2012(007)004

【总页数】6页(P63-68)

【关键词】波动理论;波型转换;阻抗失配;有限元;边界元;舰船

【作者】郑律;庞福振;姚熊亮;康逢辉;丛刚;陈林

【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大

学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学

船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001

【正文语种】中文

【中图分类】U661.44

0 引言

由声学理论可知，声音可以在一切弹性介质中传播，其本质是振动的传播［1］。当定常结构的质量和刚度等发生突变时，会引起结构的阻抗失配，从而对振动波起到很好的反射作用［2］。结构中，材料物理性质的突变、截面的突变，以及转角、加强肋条的存在等都会使振动波在传递过程中不连续，会反射或抑制一部分振动波，从而起到隔离振动波或结构声波的作用［3］。

当动力设备将振动传到基座后，通过各种连接结构，基座又会将振动传递至整个系统。振动波在传递的过程中会遇到具有隔离作用的自然障碍，如板或杆的铰支承、

结构的接头和加强筋等，这些自然障碍会对振动波的传递起隔离作用，进而起到减振降噪的目的［4-5］。

本文采用波动理论［6-7］，根据突变结构能有效阻隔振动噪声在双层壳结构中传递的原理，分析了不同连接形式组合板中振动波的传递特性，可为设计高传递损失基座提供理论依据，进而为大型复杂双层壳体的减振降噪提供理论指导。

1 振动波在典型结构中的传递特性分析

本节将主要分析“T”形连接结构和错开十字型组合板结构的振动波传递。由于在结构中传播的各种振动波、弯曲波所产生的声辐射是噪声的主要来源，因此，本节将仅对这2种典型连接结构中的弯曲波—弯曲波透射效率进行分析。

1.1“T”形连接结构中的振动波传递分析

对于如图1所示的“T”形连接结构，假设其各板均为半无限长结构，各局部坐标系如图中所示。

图1 “T”形连接结构简图Fig.1 “T”shaped connecting structure

首先，对“T”形连接结构进行分析。假设一弯曲波从处的板1入射。在两结构连接处，由于结构截面发生突变会导致结构阻抗失配，因此，在突变界面处会发生入射波的透射和反射现象，以及衰减的近场波和波型转换。“T”形连接结构的速度场分布为［8］：

当平面简谐波垂直入射到“T”形连接结构的两板交线处时，振动波能量会重新分配，同时，伴随有波型的转换。

在突变截面处，其边界条件为：

将式（1）的结构速度场分布代入式（2）中的边界条件，并利用结构力学知识的线性方程组。将线性方程组写成矩阵形式：

其中，系数矩阵A的各元素为：

列向量

列向量

以上各式中，所使用的符号如下：

同时，在方程简化过程中还有：

求解方程组（3），便可得到“T”形连接结构的各系数。根据公式：就可得到“T”形连接结构的弯曲波透射效率系数。编程计算各系数。图2所示为两交叉板的材

料均为钢、板厚为10mm时弯曲波入射“T”形结构后的透射系数。

图2 各板透射效率系数随频率的变化曲线Fig.2 Transmission coefficientof efficiency vary with frequency for each plate

由图2可看到，从板1向板2的弯曲波—弯曲波透射效率τBB与从板1向板3的趋势很相近，两者相差不大，且随着频率的增加无明显变化，但板1向板2的弯

曲波—弯曲波透射效率τ12BB要略大于板1向板3的弯曲波—弯曲波透射效率

τ13BB。综上分析，对于“T”形连接结构，当弯曲波从一端法向入射时，传递到

垂直于入射波所在板的能量要大于传递到水平于入射波所在板的能量，这是由于相对于水平板而言，垂直板更容易提供阻力和弯矩，从而使得振动能量较大。

1.2 错开十字形连接结构中的振动波传递分析

将“T”型组合板结构的垂直构件进行拉伸，水平移开一段距离，便形成了错开十字型组合板结构，它相当于两个串联排列的┳型组合板结构。假设各板相对应的长