水下雙層圓柱殼全頻段聲振特性研究

張 波，向 陽，郭 寧，李 飛，肖鴻飛

(1. 武漢理工大學 能源與動力工程學院，湖北 武漢 430063；2. 船舶動力系統(tǒng)運用技術交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430063)

水下雙層圓柱殼全頻段聲振特性研究

張 波1,2，向 陽1,2，郭 寧1,2，李 飛1,2，肖鴻飛1,2

(1. 武漢理工大學 能源與動力工程學院，湖北 武漢 430063；2. 船舶動力系統(tǒng)運用技術交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430063)

為研究水下雙層圓柱殼結構全頻段聲振特性，基于VA-ONE建立了FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法3種不同的計算模型，進行了不同輻射介質中輻射聲功率及外殼振速的計算，并進一步研究了內外殼及肋板厚度、約束條件、激勵位置及層間流體對雙層圓柱殼聲輻射特性的影響；基于FE-BEM混合法研究了圓柱殼結構的聲散射特性；研究了肋板在結構振動能量傳遞中的作用，提出了2種阻尼肋板的減振降噪方案并進行相關仿真分析。結果表明：重流體能夠抑制結構的振動，但由于重流體聲阻抗較大，結構的輻射聲功率變大；結構聲散射曲線在某些頻率處出現(xiàn)峰值，且峰值頻率與結構自身的固有特性有關；阻尼肋板能得到較好的減振降噪效果，工程上建議使用金屬聚氨酯阻尼肋板。

水下聲輻射；雙層圓柱殼；全頻段；阻尼肋板

0 引 言

潛艇及艦船的隱身性直接影響到艦艇的作戰(zhàn)能力，而艦艇結構的自噪聲又是影響隱身性最主要的因素，因此對艦艇結構進行水下聲輻射預報及聲振特性研究具有重要意義。潛艇及艦船動力艙段的主要結構形式通常是圓柱殼，因此研究雙層圓柱殼水下聲輻射具有實際意義。李海峰等[1]利用三維水彈性力學理論及三維水彈性聲學軟件深入研究了軸承剛度及間距對水下結構聲振特性的影響，得到了較為實用的結論，但其主要研究100 Hz以下的結構水下聲振特性。張陽陽等[2]利用三維聲彈性理論研究了彈性板-圓柱殼結構的振動和水下聲輻射，并提出了切實可行的降噪方案，但其研究的頻率范圍主要在300 Hz以下，屬于低頻段。和衛(wèi)平等[3]利用統(tǒng)計能量法計算了環(huán)肋圓柱殼在力激勵下的高頻段振動與聲輻射，并與解析法計算結果取得了較好的吻合，證明了統(tǒng)計能量法在進行高頻段圓柱殼聲振響應研究的有效性。譚路等[4]通過結構有限元法及流體的邊界元法得到圓柱殼結構的振動響應，運用波數(shù)譜法將結構的振動響應進行波數(shù)域展開，獲得了結構振動和輻射聲功率的波數(shù)譜，實現(xiàn)對結構聲輻射模式的判斷，其研究內容對圓柱殼結構的聲學設計具有較強的針對性，但其分析范圍限于中低頻段。姚熊亮等[5]基于Flugge殼體理論及Helmholtz方程，對雙層圓柱殼聲振耦合方程進行求解，并研究了層間不同連接介質對結構振動及聲輻射特性的影響，但其主要研究500 Hz以下的結構聲輻射性能。夏齊強等[6]基于阻抗失配及波形轉換原理設計出一種阻抗加強型環(huán)形肋，其研究結果表明，本文所設計出的圓柱殼結構能夠有效地降低輻射噪聲，具有一定的工程實用價值，但其研究頻率范圍也是500 Hz以下。Mauro Caresta等[7]研究了圓柱殼結構在軸向激勵下的低頻振動特性和聲輻射特性，利用兩端有無限大障板的有限長圓柱殼模型模擬無限長圓柱殼，利用模糊理論模擬加強筋的作用，利用無限元法計算流體載荷的壓力作用，從而獲得結構輻射聲壓，并與有限元/邊界元計算得到的結果進行對比，驗證了本文方法的準確性，并進一步研究了環(huán)筋和流體載荷等變量對有限長圓柱殼的結構響應和聲學響應的影響。

由前述分析可以看出，國內外學者主要研究了圓柱殼結構低頻段或高頻段的聲振特性，但對圓柱殼結構全頻段聲振特性的研究還鮮有涉及。本文將利用FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法進行全頻段水下雙層圓柱殼結構的聲振響應計算及特性研究，以期為艦艇的水下全頻段聲振預報提供基礎。

1 理論概述

1.1 FE-BEM混合法基本理論

FE-BEM混合法的基本思想是：先通過有限元法計算結構的振動物理量，如結構的位移及振速，然后將結構表面的振動響應結果作為輻射聲場的邊界條件，利用BEM求解器獲得模型輻射聲阻抗矩陣、模態(tài)阻力矢量以及節(jié)點速度等中間數(shù)據(jù)，從而計算出結構輻射聲場。

1.2 FE-SEA混合法基本理論

FE-SEA混合法以波動耦合理論為基礎，將系統(tǒng)分為長波（有限元）子系統(tǒng)和短波（統(tǒng)計能量法）子系統(tǒng)，2個子系統(tǒng)間通過混合連接進行耦合。具有不確定邊界的統(tǒng)計性子系統(tǒng)的響應可看作直接場與混響場的疊加。采用有限元法計算直接場的響應，采用統(tǒng)計能量法計算統(tǒng)計性子系統(tǒng)的能量響應，然后根據(jù)擴散場互易關系求出統(tǒng)計性子系統(tǒng)的混響場載荷[8-10]。最后利用混合連接將統(tǒng)計性子系統(tǒng)與確定性子系統(tǒng)進行耦合，實現(xiàn)中低頻段結構耦合系統(tǒng)的計算與分析。

1.3 SEA法基本理論

統(tǒng)計能量法從時間平均、頻率平均及空間平均的統(tǒng)計角度預測子系統(tǒng)間的能量流傳遞、各子系統(tǒng)的能量響應。該方法的基本原理是：將整個結構分成若干個統(tǒng)計能量子系統(tǒng)，對每個SEA子系統(tǒng)建立能量平衡方程；最后，將各子系統(tǒng)能量平衡方程聯(lián)合求解，從而得出各子系統(tǒng)的能量響應。根據(jù)統(tǒng)計能量分析模型中每個子系統(tǒng)單位帶寬內模態(tài)數(shù)N的多少，可將研究對象的頻率范圍劃分為低頻區(qū)、中頻區(qū)和高頻區(qū)；N≥5為高頻區(qū)；1＜N＜5為中頻區(qū)；N≤1為低頻區(qū)。

2 雙層加肋圓柱殼聲振特性研究

雙層圓柱殼長為11 m、內徑為7 m、外徑為8 m、內外殼厚度均為0.036 m。內外殼間為環(huán)形肋板，肋板厚為0.036 m，以間隔1 m的距離沿母線方向橫向布置。外殼及肋板材料均為鋼材，密度為7 800 kg/m3，泊松比為0.3，楊氏模量為2.1E11 Pa，雙層圓柱殼兩端面沿圓周邊簡支。力作用在圓柱殼內殼中心位置，大小為50 N，方向垂直母線向上，場點設在圓柱殼外殼正上方3 m處，輻射介質為水，水的密度為1 000 kg/m3，水中聲速為1 500 m/s，雙層圓柱殼模型如圖1所示?；赩A-ONE軟件對雙層圓柱殼結構進行帶寬內模態(tài)數(shù)計算，計算結果如圖2所示。

由圖2可以看出，在16～80 Hz范圍內，內外殼、端面及肋板的模態(tài)數(shù)N≤1，定義為低頻區(qū)；在100～400 Hz范圍內，內外殼模態(tài)數(shù)N ≥5，端面及肋板模態(tài)數(shù)1＜N＜5，定義為中頻區(qū)；在500～4 000 Hz范圍內，內外殼、端面及肋板模態(tài)數(shù)N≥5，定義為高頻區(qū)。針對不同的頻率區(qū)間采用不同的計算方法，針對不同的計算方法建立不同的仿真模型；在低頻段，圓柱殼結構內外殼、端面及肋板均建立為有限元子系統(tǒng)；在中頻段，端面及肋板建立為有限元子系統(tǒng)，內外殼建立為統(tǒng)計能量子系統(tǒng)；在高頻段，內外殼、端面及肋板均建立為統(tǒng)計能量子系統(tǒng)；3種不同的計算模型如圖3所示。

通過VA-ONE對圖3中不同計算模型進行結構振動及場點輻射聲功率的計算，計算結果如圖4所示。

由圖4可以看出，由于附漣水的作用，雙層圓柱殼結構在水中的輻射聲功率與外殼振速均快速達到峰值，且峰值向低頻方向移動；在整個分析頻段內（除80 Hz外），水中結構的輻射聲功率大于空氣中的輻射聲功率，且水中總體輻射聲功率（111.08 dB）大于空氣中總體輻射聲功率（101.55 dB）；在所分析頻段內（除16～30 Hz范圍外），水中外殼的振速小于空氣中的值。在中低頻段，結構在水中的輻射聲功率曲線和外殼振動速度曲線出現(xiàn)多個峰值；在中高頻段，結構的外殼振速在水中和空氣中相差不大。以上特性表明：重流體負載會消耗結構的振動能量并且抑制結構外殼的振動速度，改變結構的固有特性，尤其是中低頻段的固有特性。

水雖然能夠抑制結構的振動速度，但由于水的密度及水中聲速遠大于空氣，水中的聲阻抗遠大于空氣，從而導致結構水下輻射聲功率大于空氣中的輻射聲功率，這說明結構輻射聲功率不僅與結構的振動速度有關，還與輻射介質的阻抗特性有關。

為研究內外殼及肋板對結構水下聲振響應的影響，本文分別改變外殼厚度、內殼厚度及肋板厚度，并進行全頻段的聲振響應計算，計算結果如圖5所示。

由圖5（a）可以看出，在所分析的頻段范圍內，隨著外殼厚度的增加，結構在水中的輻射聲功率也會增加（3種厚度下結構的總體輻射聲功率分別為110.455 dB，111.081 dB及111.581 dB）；結構的聲輻射效率曲線隨著外殼厚度的變化趨勢與輻射聲功率曲線類似；由于輻射效率主要由輻射面的幾何物理參數(shù)決定，因此外殼厚度改變，結構的輻射效率會發(fā)生改變；除低頻段某些頻率外，在所分析的頻段內，外殼厚度越大，輻射效率越高（3種厚度下結構總體聲輻射效率分別為0.123 9，0.218 5及0.391 2）。

由圖5（b）可以看出，在16～100 Hz頻段內輻射聲功率3條曲線相差不大，說明雙層殼結構內殼厚度的改變對該頻段輻射聲功率的影響很??；在100～4 000 Hz頻段內，內殼厚度=0.028 m時的輻射聲功率最大，厚度=0.044 m時的輻射聲功率最小，在該頻段內雙層圓柱殼結構內殼厚度越小輻射聲功率越大；總體上隨著內殼厚度的增加，結構輻射聲功率減小（3種不同內殼厚度下結構輻射聲功率分別為112.778 dB，111.081 dB及109.623 dB）。

由圖5（c）可以看出，肋板在3種不同厚度條件下，結構的輻射聲功率曲線基本重合，這說明在所分析的頻段內，改變肋板厚度對雙層圓柱殼結構的輻射聲功率影響不大。

其他條件不變，僅將圓柱殼兩端面的簡支約束改為固支約束，計算得到的結構輻射聲功率如圖6所示。其他條件不變，將激勵力作用位置設置在左邊第1個肋板兩側且作用于內殼內表面，方向垂直母線向下，大小仍為50 N，計算后得到的結構輻射聲功率如圖7所示。

由圖6 可以看出，不同約束條件下（簡支、固支），雙層加肋圓柱殼結構輻射聲功率曲線重合，這說明結構兩端面的約束情況對整個結構的聲輻射沒有影響。由圖7可以看出，激勵位置不同，結構在低頻段輻射聲功率曲線有所差異，這是因為激勵位置的變化會改變各階模態(tài)對結構振動的貢獻量，相應的改變結構對聲學響應的貢獻量，從而導致結構輻射聲功率的變化；在中高頻段，激勵位置的改變對結構輻射聲功率的影響較小。

內外殼及相鄰肋板會形成封閉層間，層間不同的介質對結構聲振響應有不同的影響，本文對層間真空（原始狀況）、層間充水及層間充空氣3種情況分別進行聲振響應計算，計算結果如圖8所示。

由圖8可以看出，在較低頻率處，層間充水的輻射聲功率小于層間真空的輻射聲功率；在50 Hz以后，層間充水輻射聲功率大于層間真空輻射聲功率。由于水的阻抗特性很大，導致層間充水時結構總體輻射聲功率（115.133 dB）大于層間真空的總體輻射聲功率（111.081 dB）。在低頻段（16～100 Hz），結構在水中的輻射聲功率及外殼振速曲線與真空中的輻射聲功率及外殼振速曲線有較大的差異，而在中頻和高頻段，兩曲線的趨勢基本一致，這說明隨著頻率的增高，層間流體的耦合作用降低。

在低頻段，層間充空氣的輻射聲功率小于層間真空輻射聲功率，這是由于在低頻時層間的空氣起著空氣彈簧的作用，衰減了內外殼間振動能量的傳遞。在中頻段和高頻段，層間充空氣輻射聲功率大于層間真空輻射聲功率，即在中高頻段，層間抽真空可以減小外場輻射聲功率?？傮w上層間充空氣輻射聲功率（112.529 dB）大于層間真空輻射聲功率（111.081 dB）。

在16～200 Hz范圍內，層間充水的外殼振動速度大于層間真空的外殼振動速度；在200～4 000 Hz范圍內，層間充水振動速度小于層間真空，總體上層間充水振動速度（0.000 409 m/s）小于層間真空振動速度（0.000 480 m/s），這表明層間流體（水）能夠一定程度上抑制結構外殼的振動。在低頻段，層間充空氣與層間真空狀況下的外殼振動速度有所差異，但在中頻段和高頻段兩者的外殼振動速度相差不大。總體上層間充空氣的外殼振動速度（0.000 467 m/s）略小于層間真空時的外殼振動速度（0.000 480 m/s）。

層間充水雖然一定程度上抑制了結構的振動，但會使得結構總體輻射聲功率有較大幅度的增加。層間充空氣僅使得結構振速略微降低，但也會使得總體輻射聲功率增加；在低頻段，層間充空氣可以獲得較好的減振降噪效果；在中高頻段，層間抽真空可以獲得較好的減振降噪效果。

潛艇結構在水下航行時不僅自身輻射噪聲，而且外界艦船主動聲吶發(fā)射的聲波作用到潛艇表面后也會向外場散射聲波，形成聲散射噪聲。本文假定外界聲波在一個固定位置處并且是一個平面波，平面波大小為50 Pa，作用方向分別與母線成45°，90°及135°，分析頻段為16～80 Hz，利用FE/BEM混合法進行外場點輻射聲功率及外殼振動速度的計算。聲散射模型示意圖及結構聲振響應結果分別如圖9和圖10所示。

由圖10可以看出，不管是輻射聲功率曲線還是外殼振速曲線都在某些頻率處出現(xiàn)峰值，這對水下結構的隱身性極為不利，在減振降噪時要重點考慮這些峰值頻率點。由圖10（a）可以看出，不管平面波以何種角度入射，結構輻射聲功率曲線的峰值頻率相同，這與結構自身的固有特性有關；由于結構對稱，當入射角度也成對稱性時，結構的輻射聲功率曲線及外殼振速曲線均重合，如45°和135°入射情況；由于各階模態(tài)對圓柱殼結構振動的貢獻各不相同，各階振型對聲場的貢獻也各不相同，從而導致振速與輻射聲功率峰值在頻率上的差異。

3 雙層圓柱殼肋板聲學設計研究

肋板在增加結構強度及穩(wěn)定性的同時，又承擔著內外殼間振動能量傳遞的橋梁，殼間肋板對結構的聲輻射有著重要的影響。本文分別計算了內外殼間有無肋板的輻射聲功率及外殼振速，如圖11所示；分別提取有無肋板2種情形下的第1、第10及第20階振型，如圖12所示。

由圖11（a）可以看出，在中低頻段有無肋板的輻射聲功率有較大的差異，加肋后圓柱殼結構的輻射聲功率大于層間無肋板的輻射聲功率；隨著頻率的增加，在中高頻區(qū)層間有肋板及無肋板2種情形下的輻射聲功率基本無差異；由此可見，層間肋板主要影響結構中低頻區(qū)的輻射聲功率，但總體上層間加肋圓柱殼輻射聲功率大于層間無肋圓柱殼輻射聲功率。

由圖11（b）可以看出，在所分析的頻段內，層間有無肋板2種情形下的外殼振速具有較大的差異；由于層間肋板的作用，圖中兩曲線峰值及峰值所對應的頻率都發(fā)生了改變，層間加肋情形下的外殼振速大于層間無肋的外殼振速，同時可以看出2條曲線峰值出現(xiàn)一種“對稱”狀態(tài)，即一條曲線在某頻率附近達到峰值，而另一條曲線在該頻率附近則達到低谷。

由圖12可以看出，層間無肋情況下結構的振型主要以結構的外殼或內殼的局部振動為主；層間加肋后，結構的振型均為整體振動，同時可以看出層間加肋后結構的固有頻率增加。這說明層間加肋后整個結構的剛度相對于質量來說增加的更加明顯，結構的固有頻率變大，結構固有特性發(fā)生了改變，并且層間肋板起著“橋梁”作用，增強了內外殼間振動能量的傳遞。

由以上分析可知，層間肋板對雙層圓柱殼結構的聲振特性具有很大的影響。為減小內外殼間振動能量的傳遞，考慮在肋板上施加阻尼材料構成含阻尼肋板。聚氨酯及橡膠不僅有較好的強度同時具有較高的阻尼，可以消耗結構間的振動能量，因此本文分別將0.025 m厚度的聚氨酯、橡膠敷設在原實肋板表面，形成金屬聚氨酯（或橡膠）阻尼肋板；基于FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法對含阻尼肋板的雙層圓柱殼進行全頻段聲振響應計算，計算結果如圖13所示。

由圖13（a）可以看出，除低頻段個別頻率點外，金屬聚氨酯阻尼肋板及金屬橡膠阻尼肋板輻射聲功率均小于實肋板輻射聲功率；金屬橡膠阻尼肋板峰值頻率與實肋板峰值頻率基本一致，峰值大小發(fā)生改變；金屬聚氨酯阻尼肋板相對于實肋板其峰值大小和頻率均發(fā)生改變；實肋板敷設阻尼材料后總體輻射聲功率減小，其中金屬聚氨酯阻尼肋板降噪效果最好（實肋板、金屬聚氨酯阻尼肋板及金屬橡膠阻尼肋板平均輻射聲功率分別為111.081 dB，107.576 dB及108.094 dB）。

由圖13（b）可以看出，在低頻段阻尼肋板的外殼振速大于實肋板外殼振速，在中頻段實肋板外殼振速大于阻尼肋板外殼振速，在高頻段實肋板及阻尼肋板外殼振速相差不大。總體上阻尼肋板的外殼振速小于實肋板外殼振速，其中金屬聚氨酯阻尼肋板外殼振速最?。▽嵗甙?、金屬聚氨酯阻尼肋板及金屬橡膠阻尼肋板外殼平均振速分別為0.000 480 m/s，0.000 249 m/s及0.000 305 8 m/s）。

以上聲振特性表明，阻尼肋板能夠減小內外殼間振動能量的傳遞，從而可以減小結構的輻射聲功率及外殼振速。其中，金屬聚氨酯阻尼肋板的減振降噪效果最好，同時聚氨酯密度小于橡膠，因此工程上建議使用金屬聚氨酯阻尼肋板。

4 結 語

本文利用FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法分別進行水下雙層圓柱殼結構低頻段、中頻段及高頻段的聲振響應計算，實現(xiàn)了水下圓柱殼結構全頻段聲振響應預報及特性分析。研究結果表明：

1）雙層加肋圓柱殼結構在水下的輻射聲功率大于在空氣中的輻射聲功率，但振速小于空氣中的振速；水由于附加質量的作用，消耗了結構的振動能量且抑制了外殼振速，但由于水中的聲阻抗遠大于空氣，結構輻射聲功率變大。

2）雙層圓柱殼結構外殼厚度越大，水中輻射聲功率越大；內殼厚度越大，水中輻射聲功率越?。粚娱g肋板厚度及端面約束條件對結構水下輻射聲功率影響較小。結構水下輻射聲功率不僅與激勵大小有關還與激勵位置有關。

3）層間充水一定程度上可以抑制結構振動但會導致結構水下輻射聲功率增加，工程上要綜合考慮層間充水的影響；在中低頻段層間充空氣可以減小水下聲輻射，但在中高頻段層間抽真空可以獲得較好的減振降噪效果。

4）雙層圓柱殼結構聲散射特性與聲輻射特性一樣，在低頻段均會出現(xiàn)多個峰值，并且峰值頻率與結構自身的固有特性有關，這對艦船的隱身性極為不利，減振降噪中要重點考慮峰值頻率點。

5）層間肋板增強了內外殼間振動能量的傳遞，將阻尼材料應用在肋板上可以減弱內外殼間的耦合作用，減小結構的水下輻射聲功率及外殼振速。工程上為獲得較好的減振降噪效果，建議使用金屬聚氨酯阻尼肋板。

[1]李海峰, 朱石堅, 翁雪濤. 軸承剛度及間距對水下結構聲振特性影響研究[J]. 船舶工程, 2016(9): 57-61.LI Hai-feng, ZHU Shi-jian, WENG Xue-tao. Research on effects of shaft bearing stiffness and spacing on vibra-acoustic radiation of underwater structure[J]. Ship Engineering,2016(9):57-61.

[2]張陽陽, 樓京俊, 朱石堅. 彈性板-圓柱殼水下聲輻射特性及影響因素[J]. 艦船科學技術, 2016, 38(11): 44-47.ZHANG Yang-yang,LOU Jing-jun,ZHU Shi-jian. Underwater acoustic radiation characteristics and influencing factors of elastic plate-cylindrical shell[J]. Ship Science and Technology,2016, 38(11):44-47.

[3]和衛(wèi)平, 陳美霞, 高菊, 等. 基于統(tǒng)計能量法的環(huán)肋圓柱殼中、高頻振動與聲輻射性能數(shù)值分析[J]. 中國艦船研究,2008, 3(6): 7-12.HE Wei-ping,CHEN Mei-xia,GAO Ju,et al. Numerical analysis of middle-high frequency vibration and sound radiation from a ring-stiffened cylindrical shell by SEA[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2008, 3(6):7-12.

[4]譚路, 紀剛, 周其斗, 等. 基于波數(shù)譜的雙層圓柱殼外殼振動與聲輻射特性分析[J]. 中國艦船研究, 2015, 10(6): 68-73.TAN Lu,JI Gang,ZHOU Qi-dou,et al. Analysis on the vibration and sound radiation characteristics of double cylindrical shells using wave number spectrums[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2015,10(6):68-73.

[5]姚熊亮, 計方, 錢德進, 等. 殼間連接介質對雙層殼聲輻射性能的影響[J]. 聲學技術, 2009, 28(3): 312-317.YAO Xiong-liang,JI Fang,QIAN De-jin,et al. The effect of linked materials on the sound radiation from double cylindrical shell[J]. Technical Acoustics, 2009,28(3):312-317.

[6]夏齊強, 陳志堅. 降低加肋雙層圓柱殼輻射噪聲線譜的結構聲學設計[J]. 聲學學報, 2014(5): 613-623.XIA Qi-qing,CHEN Zhi-jian.Structural-acoustic design to depress line spectrum of radiation noise from double cylindrical ring stiffened shell[J].Acta Acustica, 2014(5):613-623.

[7]CARESTA M, KESSISSOGLOU N J. Structural and acoustic responses of a fluid-loaded cylindrical hull with structural discontinuities[J]. Applied Acoustics, 2009, 70(7): 954-963.

[8]SHORTER P J, LANGLEY R S. On the reciprocity relationship between direct field radiation and diffuse reverberant loading[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 2005, 117(1): 85-95.

[9]SHORTER P J, LANGLEY R S. Vibro-acoustic analysis of complex systems[J]. Journal of Sound amp; Vibration, 2005,288(3): 669-699.

[10]LANGLEY R S, CORDIOLIJ A. Hybrid deterministicstatistical analysis of vibro-acoustic systems with domain couplings on statistical components[J]. Journal of Sound amp;Vibration, 2009, 321(3-5): 893-912.

Research of underwater double cylindrical shell vibro-acoustic characteristics within full frequency

ZHANG Bo1,2, XIANG Yang1,2, GUO Ning1,2, LI Fei1,2, XIAO Hong-fei1,2
(1. School of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China;2. Key Laboratory of Marine Power Engineering and Technology, Ministry of Communications, Wuhan 430063, China)

In order to study the acoustic vibration characteristics of underwater double layered cylindrical shells in the whole frequency band, three different calculation models are established based on VA-ONE, which are hybrid FE-BEM method, hybrid FE-SEA method and hybrid SEA method; the radiated sound power and the vibration velocity of the shell in different radiation medium were calculated. The effects of inner and outer shell and ribbed plate thickness, constraint condition, incentive position and inter layer fluid on the sound radiation characteristics of double cylindrical shell are further studied. Study acoustic scattering characteristics of double cylindrical shell structures based on FE-BEM hybrid method. The function of the ribbed plate in the structural vibration energy transmit is further studied, put forward two vibration and noise reduction schemes of damping boards and carry out corresponding simulation analysis. The results show that heavy fluid can suppress the vibration of structure, however, because of the large acoustic impedance of the heavy fluid, the radiated sound power of structure becomes larger. The peak value of the structure acoustic scattering curve appears at some frequencies, and the peak frequency is related to the inherent characteristics of the structure itself. The damping ribbed plate can get better vibration and noise reduction effect, metal polyurethane damping ribbed plate is recommended to use in engineering.

underwater acoustic radiation；double cylindrical shell；whole frequency；damping ribbed plate

TB532

A

1672-7649(2017)11-0009-08

10.3404/j.issn.1672-7649.2017.11.003

2017-01-10

國家自然科學基金資助項目(51079118，51279148)

張波(1993-)，男，碩士研究生，研究方向為振動與噪聲控制。