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复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究

彭才赓 张诗洋 张冠军

彭才赓, 张诗洋, 张冠军. 复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(2): 165–172 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02232
引用本文: 彭才赓, 张诗洋, 张冠军. 复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(2): 165–172 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02232
PENG C G, ZHANG S Y, ZHANG G J. Study on acoustic vibration similarity law of complex stiffened cone-cylinder combined shell[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(2): 165–172 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02232
Citation: PENG C G, ZHANG S Y, ZHANG G J. Study on acoustic vibration similarity law of complex stiffened cone-cylinder combined shell[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(2): 165–172 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02232

复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02232
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51909201);高性能船舶技术教育部重点实验室开放基金资助(gxnc18041401)
详细信息
    作者简介:

    彭才赓,男,1996年生,硕士生。研究方向:振动与噪声控制。E-mail:15953873118@163.com

    张冠军,男,1989年生,博士,副教授。研究方向:振动与噪声控制。E-mail:gjzhang@whut.edu.cn

    通信作者:

    张冠军

  • 中图分类号: U661.44

Study on acoustic vibration similarity law of complex stiffened cone-cylinder combined shell

知识共享许可协议
复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究彭才赓,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  旨在解决复杂加筋组合壳结构缩尺模型的声振试验结果难以准确换算至原型的难题,分析两者的声振相似规律,为水下复杂加筋壳结构声振缩尺模型的试验研究提供依据。  方法  使用面单元模拟加筋方法构建复杂锥−柱组合壳模型及其缩尺模型,基于有限元−边界元法(FEM-BEM)混合方法,计算模型壳体的声振响应,并结合加筋圆锥壳模型试验,验证采用上述方法计算复杂组合壳声振响应的准确性,系统研究复杂组合壳的声振相似规律。  结果  结果表明:在相同的模型材料参数、边界条件和激励力下,复杂组合壳的模态频率与缩尺比成反比,对应频率的模态振型相同;在相同的激励力下,复杂组合壳的振动响应与缩尺比成反比,其声压与缩尺比和场点距离的乘积成反比;缩尺模型与原型的水下声辐射效率及声压指向性相同。  结论  在模型相似条件下,复杂组合壳结构表现出了良好的声振相似规律,满足相似条件下采用缩尺模型试验研究组合壳原型结构的声振特性要求。
  • 图  1  加筋锥−柱组合壳几何结构及有限元模型

    Figure  1.  Geometric structure and finite element model of stiffened cone-cylinder combined shells

    图  2  加筋圆锥壳试验测点分布及有限元模型

    Figure  2.  Distribution of test points and finite element model of stiffened cone shell

    图  3  空气中振动加速度级的试验与仿真结果对比

    Figure  3.  Comparison of acceleration level between experimental and simulation results in air

    图  4  水下振动加速度级试验与仿真结果对比

    Figure  4.  Comparison of acceleration level between experimental and simulation results in water

    图  5  空气中的加筋锥−柱组合壳振动加速度级响应对比

    Figure  5.  Comparison of vibration acceleration level response of stiffened cone-cylinder combined shells in air

    图  6  水下加筋锥−柱组合壳的振动加速度级响应对比

    Figure  6.  Comparison of vibration acceleration level response of stiffened cone-cylinder combined shells in water

    图  7  水下加筋锥−柱组合壳的场点辐射声压对比

    Figure  7.  Comparison of field radiated sound pressure of stiffened cone-cylinder combined shells in water

    图  8  水下加筋锥−柱组合壳的辐射声压指向性对比

    Figure  8.  Comparison of acoustic directivity of stiffened cone-cylinder combined shells in water

    表  1  加筋锥−柱组合壳模型干模态频率

    Table  1.   Dry modal frequency of stiffened cone-cylinder combined shells

    阶数原型频率/Hz缩尺模型频率/Hz倍率关系阶数原型频率/Hz缩尺模型频率/Hz倍率关系
    18.176932.8404.02837.943151.814.00
    217.11569.1104.04939.324162.424.13
    317.18069.3554.041039.446163.104.13
    424.460100.344.101151.852207.724.01
    530.703125.354.081252.672211.194.01
    633.470133.944.001352.715211.394.01
    737.721150.924.001452.753211.474.01
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    表  2  加筋锥−柱组合壳模型湿模态频率

    Table  2.   Wet modal frequency of stiffened cone-cylinder combined shells

    阶数原型频率/Hz缩尺模型频率/Hz倍率关系阶数原型频率/Hz缩尺模型频率/Hz倍率关系
    14.01616.0253.99825.833109.0804.22
    28.81635.7144.05927.128112.5144.14
    310.91145.7354.191029.214114.0623.91
    415.81466.8464.231131.724124.2083.92
    518.60178.2234.211233.222140.5574.23
    621.59688.5044.101334.035141.9004.17
    724.26095.8613.951436.500147.5354.04
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    表  3  辐射声压相似关系

    Table  3.   Similarity relation of radiated sound pressure

    原型频率
    /Hz
    缩尺模型
    频率/Hz
    原型辐射声压
    /(N·m−2
    缩尺模型辐射
    声压/(N·m−2
    倍率关系
    1144−0.000 496−0.00816.1
    361440.000 251 80.00415.9
    903600.0040.06416
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-21
  • 修回日期:  2021-03-07
  • 网络出版日期:  2022-04-05
  • 刊出日期:  2022-04-20

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