统计能量法的环肋圆柱壳中高频振动噪声特性分析(附件)【字数：13827】
摘 要摘 要在军事领域当中，结构的振动和噪声对船舶本身的隐蔽性以及船舶的声呐系统的作用距离都有很大的影响。而在实际中鱼雷、潜艇以及其他各种水下航行器舱段的主要结构形式就是环肋圆柱壳，因此对环肋圆柱壳的振动与噪声的性能分析具有非常重要的理论价值和实际意义。统计能量分析方法（Statistical Energy Analysis缩写为SEA）起始于20世纪60年代的航空航天工业，其从能量的角度利用统计的观点去分析复杂结构在外载荷作用下的响应，这样能够快速、准确的模拟中、高频段声学特性，也能很有效地预估产品结构的振动特性。本文简单的介绍了统计能量分析法的基本原理和适用范围，并基于VA one软件平台建立了环肋圆柱壳单、双层的统计能量分析模型，再利用统计能量方法对其进行了中、高频振动噪声的计算和研究。通过控制变量方法，研究环肋圆柱壳振动的影响因素，从而找出减振降噪的有效方法。关键词统计能量法，VA one，环肋圆柱壳，振动计算，噪声控制
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究进展 1
1.2.1 解析预报 3
1.2.2 发展趋势与研究展望 5
1.3 本文研究的主要内容 5
第二章 统计能量法的原理与应用 7
2.1 概述 7
2.2 适用范围 7
2.4 基本参数 10
2.4.1 模态密度 10
2.4.2 内损耗因子 11
2.4.3耦合损耗因子 11
2.4.4 输入功率 13
2.5 统计能量法应用软件VA one 13
2.5.1 全频段振动噪声模拟软件VA one简介 13
2.5.2 VA one的工业应用范围 14
2.5.3 VA one软件的特色 15
2.5.4 操作流程 15
2.5.5 建模过程 16
2.5.6 求解过程 18
2.6 本章小结 19
第三章 单层环肋圆柱壳的振动噪声分析 20
3.1 单层环肋圆柱壳模型 20
3.1.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
材料参数 20
3.1.2 三维建模 21
3.2 单层圆柱壳振动噪声计算 22
3.2.1 流场介质的影响 29
3.2.2 壳体材料的影响 30
3.2.3 圆柱壳内表面铺设材料的影响 32
3.2.4 圆柱壳壳体厚度的影响 33
3.3 本章小结 35
第四章 双层环肋圆柱壳的振动噪声分析 36
4.1 双层圆柱壳模型 36
4.2 三维建模 36
4.3 双层圆柱壳模型的特性分析 38
4.3.1 振动分析 38
4.3.2 噪声分析 40
4.4 船舶舱室的振动噪声预报 42
4.4.1添加阻尼层的影响 42
4.4.2 阻尼层材料的影响 44
4.4.3阻尼层厚度的影响 45
4.5 本章小结 45
第五章 总结 47
致 谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 研究背景
船舶舱室的声振预报与控制最近几年来工程界中是一个重要问题，船舶舱室的振动和噪声的存在很多时候会导致船舶上很多地方的结构损坏并且还会影响船舶上各种设备以及仪器的正常使用，并且这些振动和噪声的存在会对船舶的隐蔽性、安全性、居住性和可用性噪声影响，同时还会对船上工作人员的身体健康造成伤害[1]。环肋圆柱壳形式是船舶上很典型的一种结构形式，环肋圆柱壳的振动噪声的特性研究可初步确定影响壳体的整体振动变化大小和噪声的变化大小的因素。
因为环肋圆柱壳结构具有良好的力学性能优势,使其广泛的被应用于航天、宇航和航海等不同领域。圆柱壳结构在应用时其环境是十分苛刻的，强空气的动力作用、变化极端的温度环境亦或流体的耦合作用等等都经常影响其应用。在这种振动和噪声的环境里，工作人员的身心健康以及他们的工作效率都会受到很大的影响，并且圆柱壳在这种环境下很难正常使用。因此研究分析环肋圆柱壳的振动噪声非常具有现实意义[2]。
1.2 国内外研究进展
航天航空技术日益迅猛的发展导致对大型复杂轻巧飞行器可靠性要求更高了，这也推动了统计能量分析方法的快速发展。尽管公众熟识和了解“统计能量分析”只有差不多一二十年之久，可是人们知道统计能量分析这种思想方法已经很久了。振动理论的分析的研究很多部分是由L.Rayleigh完成的，这一理论的完成为之后的模态分析提够了依据，他和Jeans（物理学中著名的L.Rayleigh—Jeans辐射理论建立者）曾经也考虑使用统计能量分析这种思想，可当时他们研究的对象是热体的电磁能量辐射。继L.Rayleigh以后，通过使用相似方法电路中的热噪声问题被H.Nyquist解决了。
到1958年，E.Skudrzyk和A.Powell差不多同一时间首次用统计能量分析的思想对有限板与无线板关系之间的动力学问题惊醒了研究，之后A.Powell证明了假设有声场激励施加到有限板，同时发现带宽是能包含有限板的许多种振型的，这样有限板在带宽上的频率等级近似等于无线版的频率等级；E.Skudrzyk证实：假如平均分析带宽上的阻抗，则有限板的点阻抗和无线板的点阻抗将会等于同一个值，同时他还说明了模态密度可以有益于有限系统和无线系统的更好转换。
英国的P.W.Smith Jr.和美国麻省理工大学的R.H.Lyon、G.Maidanik等人在1960以前就开始研究统计能量方法了，在受到了之前的思想熏陶以及当时热力学等知识的启发，他们觉得要想很好的解决声振系统高频动力学问题，统计能量法占据着不可或缺的地位。
之后，E.E.Ungar、M.Heckl、V.V.Bolotin等人对声振耦合特性进行了研究并取得了突破性进展，这些进展也快速的促进了统计能量法的发展。
统计能量分析主要包含三块，其中“统计”的概念就是要把研究的对象分成很多个子系统，把每个子系统的统计母体看成这些子系统的模态参数的统计分布，其中模态密度包括振动、阻尼和频率，而这个母体是一些名义上相同的子系统组合而成的。但是这些子系统的模态参数随着频率是随机分布的，且这些具体的子系统在母体上都是一个字样。因为是通过统计的方法来研究对象的子系统，所以子系统的模态参数大小的选取都是随机的，因此导致最后母体随着激励得到的响应也是统计的，即响应的变化也是随机的，用平均值和标准偏差来计算响应级就很有必要了。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究进展 1
1.2.1 解析预报 3
1.2.2 发展趋势与研究展望 5
1.3 本文研究的主要内容 5
第二章 统计能量法的原理与应用 7
2.1 概述 7
2.2 适用范围 7
2.4 基本参数 10
2.4.1 模态密度 10
2.4.2 内损耗因子 11
2.4.3耦合损耗因子 11
2.4.4 输入功率 13
2.5 统计能量法应用软件VA one 13
2.5.1 全频段振动噪声模拟软件VA one简介 13
2.5.2 VA one的工业应用范围 14
2.5.3 VA one软件的特色 15
2.5.4 操作流程 15
2.5.5 建模过程 16
2.5.6 求解过程 18
2.6 本章小结 19
第三章 单层环肋圆柱壳的振动噪声分析 20
3.1 单层环肋圆柱壳模型 20
3.1.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
材料参数 20
3.1.2 三维建模 21
3.2 单层圆柱壳振动噪声计算 22
3.2.1 流场介质的影响 29
3.2.2 壳体材料的影响 30
3.2.3 圆柱壳内表面铺设材料的影响 32
3.2.4 圆柱壳壳体厚度的影响 33
3.3 本章小结 35
第四章 双层环肋圆柱壳的振动噪声分析 36
4.1 双层圆柱壳模型 36
4.2 三维建模 36
4.3 双层圆柱壳模型的特性分析 38
4.3.1 振动分析 38
4.3.2 噪声分析 40
4.4 船舶舱室的振动噪声预报 42
4.4.1添加阻尼层的影响 42
4.4.2 阻尼层材料的影响 44
4.4.3阻尼层厚度的影响 45
4.5 本章小结 45
第五章 总结 47
致 谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 研究背景
船舶舱室的声振预报与控制最近几年来工程界中是一个重要问题，船舶舱室的振动和噪声的存在很多时候会导致船舶上很多地方的结构损坏并且还会影响船舶上各种设备以及仪器的正常使用，并且这些振动和噪声的存在会对船舶的隐蔽性、安全性、居住性和可用性噪声影响，同时还会对船上工作人员的身体健康造成伤害[1]。环肋圆柱壳形式是船舶上很典型的一种结构形式，环肋圆柱壳的振动噪声的特性研究可初步确定影响壳体的整体振动变化大小和噪声的变化大小的因素。
因为环肋圆柱壳结构具有良好的力学性能优势,使其广泛的被应用于航天、宇航和航海等不同领域。圆柱壳结构在应用时其环境是十分苛刻的，强空气的动力作用、变化极端的温度环境亦或流体的耦合作用等等都经常影响其应用。在这种振动和噪声的环境里，工作人员的身心健康以及他们的工作效率都会受到很大的影响，并且圆柱壳在这种环境下很难正常使用。因此研究分析环肋圆柱壳的振动噪声非常具有现实意义[2]。
1.2 国内外研究进展
航天航空技术日益迅猛的发展导致对大型复杂轻巧飞行器可靠性要求更高了，这也推动了统计能量分析方法的快速发展。尽管公众熟识和了解“统计能量分析”只有差不多一二十年之久，可是人们知道统计能量分析这种思想方法已经很久了。振动理论的分析的研究很多部分是由L.Rayleigh完成的，这一理论的完成为之后的模态分析提够了依据，他和Jeans（物理学中著名的L.Rayleigh—Jeans辐射理论建立者）曾经也考虑使用统计能量分析这种思想，可当时他们研究的对象是热体的电磁能量辐射。继L.Rayleigh以后，通过使用相似方法电路中的热噪声问题被H.Nyquist解决了。
到1958年，E.Skudrzyk和A.Powell差不多同一时间首次用统计能量分析的思想对有限板与无线板关系之间的动力学问题惊醒了研究，之后A.Powell证明了假设有声场激励施加到有限板，同时发现带宽是能包含有限板的许多种振型的，这样有限板在带宽上的频率等级近似等于无线版的频率等级；E.Skudrzyk证实：假如平均分析带宽上的阻抗，则有限板的点阻抗和无线板的点阻抗将会等于同一个值，同时他还说明了模态密度可以有益于有限系统和无线系统的更好转换。
英国的P.W.Smith Jr.和美国麻省理工大学的R.H.Lyon、G.Maidanik等人在1960以前就开始研究统计能量方法了，在受到了之前的思想熏陶以及当时热力学等知识的启发，他们觉得要想很好的解决声振系统高频动力学问题，统计能量法占据着不可或缺的地位。
之后，E.E.Ungar、M.Heckl、V.V.Bolotin等人对声振耦合特性进行了研究并取得了突破性进展，这些进展也快速的促进了统计能量法的发展。
统计能量分析主要包含三块，其中“统计”的概念就是要把研究的对象分成很多个子系统，把每个子系统的统计母体看成这些子系统的模态参数的统计分布，其中模态密度包括振动、阻尼和频率，而这个母体是一些名义上相同的子系统组合而成的。但是这些子系统的模态参数随着频率是随机分布的，且这些具体的子系统在母体上都是一个字样。因为是通过统计的方法来研究对象的子系统，所以子系统的模态参数大小的选取都是随机的，因此导致最后母体随着激励得到的响应也是统计的，即响应的变化也是随机的，用平均值和标准偏差来计算响应级就很有必要了。
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