水中双层金属板的透声性能分析

声呐导流罩用透声材料从不锈钢、玻璃钢到钛合金,已发展了几十年,这种导流罩是由单层材料构成,各有优缺点。本文介绍了一种“新型”声呐导流罩的设计方法,即用双层合金板作为透声窗,它不仅机械强度高,而且低频段透声性能好,本文对双层钢板的平面波透声性能进行了理论分析,并给出了测量结果。     

爆炸荷载作用下复合材料加筋板的动力响应

为了减轻抗爆结构质量,采用玻璃纤维增强聚合物基复合材料（SMC）与碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）预浸料,通过数值模拟和等效计算理论,对传统加筋抗爆板结构进行轻质高强设计。利用LS-DYNA有限元数值模拟软件进行分析,发现在爆炸荷载作用下加筋板的运动以弹性运动为主,该种复合材料具有较好的抗爆性能。对复合材料加筋板结构进行参数化分析,发现在爆炸荷载作用下横筋对加筋板结构最大位移值影响最大,纵筋和面板对加筋板的影响依次减小。结合刚度折算方法,建立了爆炸荷载作用下正交异性加筋板结构动力响应分析理论。利用该理论计算得到板结构在爆炸荷载作用下的最大位移,与数值模拟对比发现两者结果较为接近,为加筋抗爆板的设计提供了一种简化有效的计算方法。     

单向加筋双层板隔声性能的有限元分析

为考察筋板声学透明假设理论对于加筋双层板隔声计算的适用性，对典型波纹芯体加筋双层板在简谐平面声波正入射和斜入射激励下的声透射损失（STL）进行有限元分析。分别建立筋板声学透明声腔和结构-声学全耦合加筋双层板的有限元模型，计算得到结构具有不同芯体构型和腔内声学介质时的STL曲线。结果表明，筋板“声学透明”假设模型带给加筋双层板STL计算误差取决于筋板结构阻抗和筋板间腔内介质声阻抗相对大小。因此，加筋双层板结构STL的准确预测需考虑筋板与腔内介质间与的结构-声学耦合作用。     

舰船导流罩声传播特性研究

建立舰艏声呐导流罩理论模型,运用有限元和边界元的方法进行仿真计算。以某一型船的导流罩声学环境为例,进行了96种工况和导流罩环境下声呐指向性和声衰减特性等声学性能的理论计算,开展了90种工况下的该型船导流罩声传播性能的水池试验,取得翔实的试验数据。仿真计算结果与试验结果吻合良好,验证了理论计算的可行性和正确性。     

密肋薄壁结构声呐导流罩设计一例

本设计的密肋薄壁结构声呐导流罩，解决了大载荷下导流罩的强度，透声和空化问题，强度储备大于２．５倍；平均插入损失小于１．０ｄＢ，空化数为４．０时，导流罩表面无空化。设计满足使用要求。     

水声透声材料发展概述

概述了水声透声材料的透声机理,声阻抗和透声层厚度为影响材料透声系数的主要因素。阐述了水声透声材料在声纳导流罩中的应用,并探讨了金属、橡胶和玻璃钢导流罩的优缺点。利用理论计算指导材料结构设计,从提高材料透声性能、材料密封性和耐海洋环境性三个方面综述了水声透声材料的研究进程。提出丰富、完善水下透声材料性能的计算模型,开发性能均衡的透声材料,以及研制全壳体声纳导流罩是水声透声材料研究和应用的发展方向。     

复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效评估方法

在飞机结构设计中,为高效完成复合材料加筋板结构设计,亟需一种快速有效的复合材料整体加筋板后屈曲失效评估方法。采用商业有限元软件ABAQUS建立了加筋板有限元模型,研究了复合材料整体加筋板的轴压后屈曲失效评估方法,即“整体-局部”法。通过对单筋条壁板后屈曲的失效分析发现,“整体-局部”法可得到初始脱胶时的位移和载荷值以及较准确的破坏载荷值,是一种能有效确定加筋板后屈曲失效情况的快速评估方法,对提高结构设计效率和减轻飞机结构质量具有重要的工程意义。     

国外大舰导流罩概述

阐述了导流罩的作用、构成及其设计要求,介绍了几种国外早期的、在役的和新研的典型大舰舰艏导流罩,比较了导流罩常用壳板的透声系数,提出安装在舰艏导流罩内声学基阵对环境的设计要求。     

基于临界刚度的复合材料筋材多变量优化设计方法

以船舶结构优化设计为背景,针对目前结构安全余量过高导致加筋板板筋刚度过匹配现状,提出板筋刚度匹配临界刚度的概念,推导了板筋刚度比关系式。以T型复合材料筋材为对象,建立优化模型,基于Isight软件平台对设计变量进行灵敏度分析,简化设计变量。采用多岛遗传算法对筋材开展多变量优化设计,结合工程实际在筋材优化结果基础上确定设计方案,并开展复合材料加筋板力学性能试验研究,验证了多变量优化设计方法的可行性。研究表明:利用提出的加筋板板筋刚度比关系式,可以指导板筋刚度匹配设计;对T型复合材料筋材进行优化设计时,提升腹板高度对优化目标影响最明显;在等刚度约束前提下,提出的T型筋材优化设计方案能够较好地实现优化目标,同时保证了较优的经济性。      

先进复合材料的声学特性及其在水声工程中的应用

通过理论计算及试验，研究了碳纤维增强复合材料（ＣＦＲＰ），芳纶纤维增强复合材料（ＫＦＲＰ）的基本声学性能，分析了其作为水声结构材料在水声工程中应用的可能性及其特点。尤其指出了先进复合材料作为声纳导流罩透声窗材料的现实意义。     

声呐导流罩内声场特性研究

为研究机械激励下声呐导流罩壳内噪声预报问题,采用数值计算(有限元法-边界元法)结合实验的方法对一导流罩模型的壳内声场进行研究。首先依据实际导流罩模型建模,并加载机械激励进行数值计算,得到壳内声场的均方声压,然后进行湖内实验测量,最后对比了数值计算和实验的结果。研究表明:有限元法加间接边界元法是分析导流罩内声场这种封闭结构流-固-声耦合问题的有效方法;导流罩壳内声场的数值计算结果与实验测量结果吻合较好;声场均方声压与结构均方振速之比反映了罩壳结构内平均声场特性,可用来对比分析数值计算和实验的结果。     

受静压力作用加筋板隔声性能研究

基于随机平面波声源建立混响声源激励的加筋板隔声计算模型,通过对试验模型数值计算,二者结果基本吻合;计算存在静压力时加筋板隔声特性表明,存在静压力时加筋板基频移动会致低频隔声量显著增加,压力增加到一定程度时隔声量基本不再增加;此刻为存在预应力的实际结构物隔声量计算提供参考。     

长桁-翼肋连接对复合材料单加筋板压缩性能的影响

采用试验和有限元方法研究了复合材料含翼肋单加筋板试验件的压缩性能,试验件包括带有长桁-翼肋连接和不含长桁-翼肋连接2种类型。试验和数值计算研究结果表明:与不含长桁-翼肋连接的试验件相比,带有长桁-翼肋连接的试验件具有较高的刚度和较高的临界屈曲失稳载荷,在后屈曲承载过程中具有较小的形变和较小的最终破坏载荷。试验件的最终破坏模式总是长桁与蒙皮间的界面脱粘,这表明长桁-翼肋连接对加筋板试验件的最终破坏模式无影响。在复合材料翼面结构设计中,需要综合考虑长桁-翼肋连接对加筋板初始临界失稳载荷、后屈曲变形和结构承载能力等方面的影响。     

Sound Transmission Loss Prediction of the Composite Fuselage with Different Methods

Increase of sound transmission loss(TL) of the fuselage is vital to build a comfortable cabin environment. In this paper, to find a convenient and accurate means for predicting the fuselage TL, the fuselage is modeled as a composite cylinder, and its TL is predicted with the analytical, the statistic energy analysis (SEA) and the hybrid FE&SEA method. The TL results predicted by the three methods are compared to each other and they show good agreement, but in terms of model building the SEA method is the most convenient one. Therefore, the parameters including the layup, the materials, the geometry, and the structure type are studied with the SEA method. It is observed that asymmetric laminates provide better sound insulation in general. It is further found that glass fiber laminates result in the best sound insulation as compared with graphite and aramid fiber laminates. In addition, the cylinder length has little influence on the sound insulation, while an increase of the radius considerably reduces the TL at low frequencies. Finally, by a comparison among an unstiffened laminate, a sandwich panel and a stiffened panel, the sandwich panel presents the largest TL at high frequencies and the stiffened panel demonstrates the poorest sound insulation at all frequencies.     

用耦合有限元／边界元方法研究加筋板的声传输

采用耦合的有限元／边界元方法,建立了考虑流体结构耦合的加筋板结构声传输计算模型,并利用该模型计算研究了加筋板的声传输特性。数值计算表明：结构的传声损失与结构的固有频率和激励频率密切相关,避免共振仍是产要的;改变板厚或肋骨惯性矩后,由于结构固有频率发生了变化会使得结构传声损失曲线上极小值的位置发生改变;当声波从空气经结构向空气中传递时,增大板厚或肋骨惯性矩可明显增大结构的传声损失;而当声波从空气经结构向水中传递时,增大板厚或肋骨惯性矩也增大了结构的传声损失,但效果明显不如当声波从空气经结构向空气中传递时显著。     

加强筋截面类型对轨道车辆板件结构隔声影响研究

针对轨道车辆轻量化设计后可能带来的隔声性能降低问题,研究不同截面加强筋铺设对板件隔声性能的改善效果。基于混合有限元-统计能量分析(Hybrid FE-SEA)方法建立轨道车辆加筋板结构隔声特性预测分析模型,系统分析T型、L型、I型和矩形加强筋截面类型对板件隔声性能的影响。研究结果表明,加筋板的刚度和1阶固有频率皆比均质板大,且随加强筋厚度的增大而增大;当加强筋厚度恒定时,T型加筋板的刚度和1阶固有频率最大,L型加筋板次之;敷设厚度15 mm的加强筋,板件的隔声性能最佳;当加强筋的质量、厚度、腹板面积及尺寸、翼板面积相等时,各类型加筋板的计权隔声量Rw差异不大;板件加筋后,刚度控制区的隔声量增幅3 dB~17 dB,1 250 Hz~4 000 Hz中高频段的隔声量增幅1 d B~6 d B。综合分析可知,以计权隔声量为评价标准时,在加强筋质量、腹板面积、翼板面积及尺寸相等时,敷设厚度15 mm加强筋,板件的隔声性能最佳,Rw较均质板可提高1.4 dB~1.5 dB,而加强筋厚度恒定时,T型和L型加筋板的刚度又最佳。相关研究成果可为轨道车辆板件结构加筋优化提供设计参考。     

Compressive Behavior of 3D Woven Composite Stiffened Panels: Experimental and Numerical Study

The structural behavior and damage propagation of 3D woven composite stiffened panels with different woven patterns under axial-compression are here investigated. The panel is 2.5D interlock woven composites (2.5DIWC), while the straight-stiffeners are 3D woven orthogonal composites (3DWOC). They are coupled together with the Z-fibers from the stiffener passing straight thought the thickness of the panel. A “T-shape” model, in which the fiber bundle structure and resin matrix are drawn out to simulate the real situation of the connection area, is established to predict elastic constants and strength of the connection region. Based on Hashin failure criterion, a progressive damage model is carried out to simulate the compressive behavior of the stiffened panel. The 3D woven composite stiffened panels are manufactured using RTM process and then tested. A good agreement between experimental results and numerical predicted values for the compressive failure load is obtained. From initial damage to final collapse, the panel and stiffeners will not separate each other in the connection region. The main failure mode of 3D woven composite stiffened panels is compressive failure of fiber near the loading end corner.     

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计

为研究全频段加筋圆柱壳声辐射特性,基于VA-ONE建立FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法低中高全频段的计算模型,并进行加筋圆柱壳辐射声功率的计算,从结构固有模态角度研究了各阶模态的声辐射效率。结果表明,加筋能够减小圆柱壳结构的总体辐射声功率,尤其可以减小低频段的辐射声功率;在中低频区,各阶模态的模态辐射效率具有较大差异,在中高频区,则相差不大。进一步研究了激励位置、壳厚、材质及辐射介质对加筋圆柱壳声辐射特性的影响。为减小加筋圆柱壳对外场点的辐射声功率,基于NCT模块及Design Optimization模块进行声学优化设计,结果表明,将GA算法与SQP算法或MMA算法组合使用不仅可以减少运算时间,而且可以获得较好的优化方案。     

薄板结构辐射声功率及其灵敏度分析

联合利用有限元方法和声辐射模态方法求解薄板结构辐射的声功率,并分析结构辐射声功率关于设计变量的灵敏度。在结构振动环节,利用有限元方法对结构进行动力响应分析得到表面振速;在声辐射环节,采用声辐射模态展开获得振动表面辐射的声场信息。以加筋板结构为例,计算结构振动辐射的声功率及其关于设计变量的灵敏度。结果表明,当激励频率远离结构振动固有频率时,加筋可以降低结构辐射的声功率;而当加筋使结构固有频率接近激励频率时,加筋甚至产生负面影响,此时通过加筋降低结构辐射声功率是没有意义的。