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复合材料层合板壳结构具有质量轻、刚度大、优良的吸能性能等多功能特性而被广泛应用于航空航天、船舶与海洋工程等领域。但是有关周期加筋层合板壳结构振动和声辐射理论方面的研究较少。本文以航行态潜艇为工程背景,建立了均匀流中三类典型潜艇结构振动和声辐射的理论模型:单层、双层和圆柱周期加筋层合板壳声振理论模型,数值仿真与模型试验研究用于验证理论模型的有效性。本文旨在为典型潜艇结构声学设计提供一定的理论支撑。主要的工作安排如下: 本文第一部分主要从流体状态,板壳理论及结构形式三个方面,对周期加筋板壳结构声振特性的研究现状进行了概述,在此基础上指出了目前航行态潜艇结构水下振动和声辐射理论预报中的薄弱环节,并确定了后续研究工作的提纲。 以均匀流中无限大平板为研究对象,基于对流波动方程和边界条件,提出了使用傅里叶变换法结合稳相法在波数域中求解无限大受力平板振动和声辐射响应的基本思路。针对无限大平行加筋板,先分析加强筋的受迫弯曲和扭转运动,得到其作用在平板上的反力和力矩,借助脉冲函数(?)和泊松求和公式来处理离散分布线力和力矩的作用,建立了均匀流中平行加筋板的声振耦合理论模型,得到了矩阵形式的求解表达式。然后在保证结果收敛的前提下将其截断成有限大来进行数值求解。通过与数值仿真及现有理论模型计算结果对比验证了本文理论模型的有效性。利用横向位移谱和辐射声压研究了不同系统参数对结构声-振耦合特性的影响。 针对面板为各向异性材料或各向同性材料及加强筋为等间距正交分布的情况,本文通过引入广义动刚度和动柔度的概念,建立了均匀流中正交加筋板结构一般形式下的声振耦合理论模型。对于面板为各向同性材料的情况,一方面采用数值截断方法来计算结构的辐射声压;另一方面自主设计模型试验来测量有限大正交加筋板的水下辐射声压;先将数值结果与模型试验结果对比,二者变化趋势基本相同,然后再与现有理论结果对比,二者吻合良好,验证了本文理论模型的有效性。通过横向位移谱及辐射声压揭示了不同系统参数对结构声-振耦合特性的影响规律。 基于一阶剪切变形理论,同时借助广义动刚度和动柔度来处理层合平板,推导出了正交加筋层合平板一般形式的声-振控制方程。然后采用与上一章相同的建模思路,建立正交加筋层合板声振耦合系统一般形式的理论模型,给出振动响应和辐射声压的解析解。对于面板选各向同性材料时,对比了一阶剪切变形层合板理论与经典薄板及层合板理论三种平板理论的声压结果,前者与后两者在中高频段声压出现了差异。最后进行数值分析,研究了不同系统参数对正交加筋层合板结构振动和声辐射特性的影响规律。 针对外板为层合平板的双层平行加肋平板结构,采用近似的“质量-弹簧-质量”系统来模拟中间层平行肋板对内外面板的反作用力和反力矩。首先假设弹簧的等效拉力,扭矩及集中质量“均摊”到内外面板上,得到了一种简单的单谐波理论模型。然后,将它们等间距“离散”在内外面板上,通过充分考虑结构的周期特性及利用泊松求和公式,得到了一种更高精度的多谐波理论模型。两种理论模型都按照上一章的方法来处理层合平板,都是一般形式的理论模型。基于此,通过数值分析研究了不同系统参数的影响。 针对内板和外板都为层合平板及被二维正交肋板加强的双层平板结构,同样将加强肋板对内外板的影响用离散分布的等效弹簧,扭簧和集中质量的组合来近似代替。然后通过拓展上一章的研究,建立了双层正交加肋平板结构声-振耦合系统统一形式的理论模型。通过与现有全金属正交加筋夹层板结构的声辐射结果对比,验证了本文对于加强肋板的等效处理方式的合理性。接着研究了不同系统参数对结构的振动和声辐射特性的影响。 基于一阶剪切变形层合壳体理论和利用柱坐标中的对流波动方程和边界条件,周期环肋通过法向线力和力矩与壳体耦合在一起,建立了均匀流中周期加肋层合圆柱壳的声辐射理论模型,给出计算结构响应的矩阵表达式,在波数域中利用稳相法得到了远场声压的解析表达式。通过对比不同层合壳体理论及环肋处理方式的远场声压,验证了本文理论模型的有效性。最后通过参数研究给出了一些降低加肋圆柱壳辐射噪声的建议。 最后,对周期加筋板壳结构的振动和声辐射做了总结,并且指出了后续要研究工作的重心。