敷设吸声覆盖层复杂目标的目标强度计算

提出一种获取非刚性板块元法中反射系数项的方法,来解决复杂目标敷设空腔型覆盖层后目标强度的计算问题。首先计算平面波斜入射条件下覆盖层的反射系数,将其代入非刚性表面目标特性的板块元方法中来计算目标强度;随后分别采用有限元法和该方法求解敷设空腔型覆盖层的刚性球模型,两种方法的计算结果符合较好,此计算方法的有效性得到验证;最后基于该方法计算敷设圆柱型空腔覆盖层的标准潜艇模型。结果表明:0到4 kHz内,随着频率的增大,敷设圆柱型空腔覆盖层的目标强度降低值越大;同一频率下,方位角140度到160度范围内目标强度降低值比其他方位角高一半左右。

静压作用对吸声覆盖层性能的影响与分析

该文考虑静压作用产生的空腔变形及其预应力状态,建立空腔型吸声覆盖层吸声性能分析方法,研究静压作用对吸声覆盖层性能的影响规律。通过有限元法对比在相同静压下仅考虑空腔变形以及考虑空腔变形和同时存在预应力时的覆盖层吸声性能,进而研究了不同静压下含圆柱形、圆锥形和喇叭形空腔覆盖层在孔隙率相同时,覆盖层的最大变形量、平均吸声系数和吸声系数变化量等性能参数的差异。结果表明:仅考虑空腔变形以及考虑空腔变形和存在预应力时覆盖层的吸声性能有明显差异。静压使圆柱形空腔覆盖层的变形量最大,其次是喇叭形空腔覆盖层,圆锥形空腔覆盖层的最大变形量最小。静压对于3类覆盖层在2000 Hz频率点以下的影响较小。随着静压的增加,圆柱形和圆锥形空腔的吸声系数曲线逐渐靠近,在10 MPa下几乎重合。

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低, (3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。

组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析

采用波导有限元方法分析了组合腔型吸声覆盖层单元的轴向波传播和损耗特性,并结合传递矩阵建立了该结构覆盖层声学特性的分析模型.以组合型圆台空腔吸声覆盖层为例,分别从波型转换和轴向波传播特性的角度分析了不同大小的空腔嵌入改变吸声覆盖层声学特性的规律.结果表明,随着大腔嵌入比例的增加,吸声系数的峰值频率逐渐向低频偏移,改善了低频吸声性能.

水下吸声覆盖层声管测试的背衬研究

在吸声覆盖层水声声管测试的实验研究中,覆盖层背衬的选择对测量结果有重大影响。在我们二维理论研究的基础上,建立了吸声覆盖层声学特性的传递函数模犁,分析比较了不同背衬对吸声覆盖层声学性能的影响。结果表明,不同背衬对吸声覆盖层吸声性能的影响具有明显不同的特性。背衬为双层壳体时,水层对吸声覆盖层的吸声系数曲线有明显的调制现象。背衬为单层壳体或双层壳体时,从整体上讲,吸声系数更趋近于刚性背衬而非软背衬的情况。在实验室小样品声管测试中,以较厚的钢柱作为背衬的测试数据来衡量吸声覆盖层性能更为合适,且易于实现。

静水压力下吸声覆盖层的声学性能分析

基于圆柱型空腔吸声覆盖层的二维解析理论,在只考虑黏弹性圆柱管中最低阶轴对称波的条件下,推导出圆柱管的平均阻抗,将变截面圆柱型空腔腔体单元近似为截面呈阶梯变化的多个圆柱管组合,用传输线组合描述整个腔体单元,以简化吸声覆盖层声学性能参数的计算方法;利用有限元软件分析了静压条件下吸声覆盖层的腔体单元变形,结合简化计算方法分析了静压对吸声覆盖层声学性能的影响.结果表明,静压作用于吸声覆盖层引起了腔体单元厚度减小和空腔半径缩小,使得吸声覆盖层的低频吸声性能变差,且吸声峰值向高频方向偏移.

基于ANSYS的吸声覆盖层声学性能计算与分析

采用ANSYS有限元软件计算分析了平面波垂直入射条件下吸声覆盖层的声学性能。建立了NSYS中阻尼的输入量与材料损耗因子的关系。对含圆柱空腔的吸声覆盖层分别采用ANSYS和二维解析理论计算,结果表明该方法的正确性,指出在二维解析理论中简化吸声覆盖层单元为粘弹性圆柱管结构是足够精确的。

基于遗传算法的圆柱空腔吸声覆盖层参数优化研究

基于圆柱空腔吸声覆盖层二维理论推导吸声覆盖层单元-粘弹性圆柱管等效阻抗,结合传递矩阵法建立吸声覆盖层声学性能分析简化模型。采用遗传算法对圆柱-圆台空腔吸声覆盖层多个材料、结构参数进行综合优化研究。结果表明,较仅优化吸声覆盖层材料属性,对材料属性、结构多参数优化能获得更好宽频吸声性能。

静压下球形空腔吸声覆盖层的建模与性能分析

基于声波垂直入射下的二维理论,利用COMSOL软件建立球形空腔吸声覆盖层单元模型,得到了在空腔受压变形基础上直接进行声学性能计算的耦合模型,避免了以往根据变形量重新建模带来的误差,并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证了模型的有效性;利用所建模型分析了静压下球形空腔的吸声性能,并比较了内部气压对空腔变形和吸声系数的影响。结果表明：随着静压的增大,峰值上移频带展宽,更显著的是吸声效果总体变差;内部气压使得空腔变形量减少、低频吸声效果有所提高。

椭圆柱空腔吸声覆盖层的声学特性

采用波导有限元方法(WFEM)分析了共振腔型吸声覆盖层内轴向波的传播和损耗特性,以椭圆柱空腔吸声层为例,在保持穿孔系数不变的前提下,分别从轴向波传播和波型转换的角度分析了空腔形状改变吸声覆盖层声学特性的机理。在此基础上,结合波导有限元方法和传递矩阵(TM)建立了变截面空腔吸声覆盖层的分析模型,以圆台空腔吸声层为例,与二维解析方法对比验证了WFEM-TM方法的正确性,并讨论了椭圆台空腔吸声层的声学特性。

基于多目标遗传算法的吸声覆盖层参数优化设计

针对圆柱空腔吸声覆盖层低、高频吸声的机制不同,提出了一种基于多目标遗传算法的吸声覆盖层参数优化设计方法.利用有限元软件ANSYS建立了平面波垂直入射吸声覆盖层的分析模型,并采用多目标遗传算法NSGA-II得到了多目标吸声问题的Pareto最优解集.结果表明:多目标优化设计全面考虑了圆柱空腔吸声覆盖层的低、高频吸声之间的耦合,可按需选择其满意的优化结果;比起仅优化吸声覆盖层的材料属性,考虑材料属性和结构参数的综合优化能够获得更佳的宽频吸声性能.

多层材料组合腔型吸声覆盖层的吸声特性研究

改善水下航行器吸声覆盖层的低频吸声性能是一个难点问题.基于声波垂直入射的二维理论,利用有限元软件COMSOL建立的二维轴对称模型并结合结构参数进行了吸声特性分析,结果表明,在相同的穿孔率下,多层材料覆盖层吸声性能优于单层材料覆盖层,尤其在低频表现方面;组合型空腔结构吸声性能优于单腔结构;随着穿孔率的增大,覆盖层的低频吸声性能得到明显的改善;增加表面厚度可整体提高覆盖层的吸声性能;选择合适的空腔结构对于覆盖层有重要作用.

水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展

经过50多年的发展,尤其是近20年中,在水下目标声隐身背景需求的促进和推动下,以吸声覆盖层为主要研究对象的声隐身结构研究,已经建立了完整的理论框架。本文将目前国内外主要的吸声覆盖层结构分为粘弹性复合吸声结构、周期散射复合吸声结构、孔腔谐振吸声结构等,比较了各种吸声覆盖层的结构形式对吸声性能的影响,并从吸声机理出发,分析了各种吸声覆盖层结构的主要研究方法,最后展望了我国水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究的趋势。

背衬对多层材料吸声覆盖层的影响

根据波导有限元—传递矩阵法建立了背衬条件下的多层材料吸声覆盖层的理论模型,并与仿真软件COMSOL建立的有限元模型进行对比,证明了数值模型是有效的。在COMSOL模型的基础上讨论了单层壳体背衬和双层壳体背衬条件下的覆盖层的吸声性能,并比较了在双层壳体背衬条件下不同空腔结构的吸声性能。结果表明,单层壳体背衬条件下,随着钢背衬厚度增大,吸声波峰向低频移动但峰值变小;两层壳体的水层厚度增大,波峰向低频移动,波峰渐渐增多,峰值减小;在非耐压壳体厚度增大时,三种厚度情况下的吸声系数曲线大致相同,说明外壳厚度对于吸声系数的影响很小;圆柱型空腔在低频时表现稍好一些,而椭球型空腔在整体上表现均好于其余两种情况。

静压下吸声覆盖层的遗传优化方法

针对圆柱型空腔吸声覆盖层,利用有限元软件建立了静压下平面波垂直入射的二维轴对称模型,并与遗传算法相结合,提出了静压条件下圆柱型空腔吸声覆盖层的优化设计方法;通过对吸声覆盖层的空腔结构和材料参数进行优化,结果表明:相较常压下的优化,静压下的优化设计使得吸声覆盖层圆柱型空腔结构变小,在高静水压力下的吸声系数提高;静压下的优化能根据吸声频段需求设计不同性能的吸声覆盖层。

基于多种群遗传算法的水下吸声覆盖层结构参数优化设计

采用传递函数法导出含有渐变空腔的吸声覆盖层的声压插入损失,利用吸声覆盖层结构的声学特性,对吸声覆盖层的吸声系数进行计算。分析计算结果,探讨吸声覆盖层的不同结构参数对吸声系数的影响。以吸声覆盖层的反射系数为优化目标,对空腔的几何尺寸和吸声覆盖层的厚度参数设计提出优化方法。基于吸声覆盖层结构的数学模型,同时利用多种群遗传算法对消声层结构进行多参数优化设计研究。结果表明,在同等设计条件下,优化后吸声覆盖层的吸声系数得到了明显提高。该方法对水下吸声覆盖层的吸声效果的提高具有一定的理论与现实意义。

静压下多层材料椭球形空腔吸声覆盖层的吸声性能分析

基于声波垂直入射下的二维解析公式,利用COMSOL软件建立椭球形空腔吸声覆盖层模型并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证模型的有效性;利用所建模型分析了静压下多层材料椭球形空腔的吸声性能。结果表明:在静水压力条件下,多层材料吸声覆盖层的低频吸声性能比常压的要好,中高频方面两者相差不大;穿孔率25%下的吸声覆盖层在低频和高频的表现比穿孔率33.3%和穿孔率50%的吸声覆盖层要好,静压下穿孔率越大并不代表改善吸声覆盖层低频吸声性能越好;静压下多层材料吸声覆盖层随着压力的增大,椭球形空腔的形变量和覆盖层厚度的压缩量越大。

基于充水金属球壳的吸声覆盖层声学特性研究

为改善低频吸声性能,提出一种基于充水金属球壳的吸声覆盖层结构,并利用有限元方法对其吸声特性开展数值仿真分析。结果表明:充水球壳的引入能改善原有橡胶基层的吸声性能;通过多个不同几何参数的球壳组合,吸声覆盖层的低频性能得到显著提升;球壳中的弹性球应采用模量较大的橡胶材料制备,否则在静水压强下,吸声覆盖层无法保持原有性能;吸声覆盖层的吸声机理由低频时弹性球的共振、中高频时组合结构耦合共振引起的基体材料形变、耦合共振对声波散射作用增强3部分构成。

静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析

[目的]潜艇外壳表面敷设的水下吸声覆盖层在高静水压力作用挤压后的形状、材料参数都会发生改变,使吸声性能受到较大影响,故研究此影响对于潜艇声隐身性具有重要意义。[方法]考虑空腔内压力对静压下覆盖层形变的作用及吸声性能的影响,基于轴对称有限元仿真,计算含圆柱形空腔水下吸声覆盖层的单胞变形;将形变量导入吸声覆盖层的一维理论模型,得到覆盖层的理论吸声系数曲线;利用形变后的几何模型开展声-固耦合对比分析,验证理论解析与数值仿真两种方法求解吸声系数的有效性。[结果]结果表明,不考虑材料参数变化,在静压下吸声覆盖层发生了单胞轴向和空腔径向收缩,吸声系数曲线向高频移动,腔压抵抗了静压下的收缩,减弱了曲线向高频移动的趋势,而吸声曲线上出现的尖锐谷值则为激起的腔内空气声腔模态所致。[结论]研究结果对于静压下吸声覆盖层吸声性能的预报具有一定的参考价值。

变截面圆柱形空腔覆盖层吸声系数的二维近似解

具有空腔周期性排列的粘弹性结构在水声工程中有着广泛的应用。将包含变截面圆柱形空腔周期性排列的吸声覆盖层的一个单元进行分段近似成多层圆柱管结构,并应用子域分割法在分段的接合界面处满足平均轴向位移和平均轴向应力连续,给出了变截面圆柱形空腔吸声覆盖层吸声系数的二维近似解。分析了高阶传播波和分段层数对吸声系数的影响,比较了不同空腔形状对覆盖层吸声性能的影响。研究结果表明,在一定频率范围内,主要是最低阶传播模式对吸声性能起作用,喇叭型空腔结构较圆柱型空腔结构吸声覆盖层的吸声性能更加优良。在覆盖层设计中,空腔的形状应有一个优化的过程。