摘要
随着水声探测技术的发展，舰船结构的低频线谱振动噪声控制技术和声隐身水平直接影响舰船的战斗力和生命力。舰船板架结构是由周期排列的纵横加强筋以及附着于加强筋上的薄板组合而成的周期板架结构，而船体结构则是由甲板、横舱壁、舷侧以及双层板架结构组合而成的周期空间板架结构。周期结构具有带隙特性，带隙频带范围内的弯曲波传播受到抑制，研究舰船板架结构的波动带隙特性和振动衰减特性，进而将周期结构带隙特性引入到舰船板架结构的低频线谱振动噪声控制，为舰船的低噪声结构设计提供新思路和工程应用参考。 舰船空间板架结构在空间几何形式上是典型的周期结构，本文运用波动分析方法分析了舰船空间板架结构中的弯曲波波长频谱特性，进而阐述了舰船空间板架结构具有波动特性，结构中的振动传递和衰减特性本质上是结构中弹性波的波动特性。对多种舰船板架结构和实船空间板架结构动力特性进行了数值和试验研究，研究结果验证了实船板架结构的波动特性和周期特性，在此基础上开展舰船空间板架结构中弯曲波周期带隙特性与振动衰减特性之间的内在联系研究。 结合舰船板架结构周期特征和低频弯曲动力特性，提出了周期弹簧振子耦合梁结构作为舰船板架结构的波动特性分析计算模型，运用回传射线矩阵法结合周期结构Bloch定理，推导了周期弹簧振子耦合梁结构弯曲波带隙特性理论计算方法，计算模型中弯曲波带隙特性和振动衰减特性计算分析结果表明，带隙频带范围内的弯曲波传播受到抑制并导致结构弯曲振动振幅显著衰减。同时参数影响研究表明，计算模型弯曲波带隙特性可以通过结构参数和材料参数的优化设计进行人工调整和优化。 开展了舰船板架结构的低频弯曲动力特性分析，板架结构的低频弯曲波动特性可以分解为纵向和横向加强筋的低频梁类弯曲振动，并用梁结构的低频弯曲振动描述。在此基础上从梁的运动方程出发，推导了基于能量等效原则的舰船板架结构与周期弹簧振子耦合梁结构的等效方法，运用等效计算模型分析了舰船板架结构弯曲波带隙特性，数值分析和模型验证试验均证明了等效方法和弯曲波带隙特性计算方法的有效性。舰船板架结构中带隙频带范围内的弯曲波传播受到抑制并导致结构弯曲振动振幅显著衰减。 基于上述舰船板架结构弯曲波带隙特性分析方法，开展了舰船板架结构空间结构形式和加强筋结构参数对弯曲波带隙特性的影响研究，阐明了等效计算模型的参数影响研究可用于指导舰船结构的低频线谱振动噪声控制和低噪声结构设计研究。研究结果表明板架结构弯曲波带隙特性可以通过合理的结构参数设计进行人工调节和优化，为将带隙特性引入到舰船结构的低频线谱振动噪声控制和低噪声结构设计提供了理论基础。 结合板架结构周期特征和实船结构设备激励力载荷频谱特性，开展了舰船板架结构形式和结构参数对特定频段低频线谱振动噪声影响研究，提出了基于弯曲波带隙特性的舰船结构低频线谱振动噪声控制方法，开展了舰船板架结构目标频段低频线谱振动噪声控制优化设计，通过模型试验验证了改进设计结构的振动噪声控制效果，从而验证了本文所提出的基于弯曲波带隙特性的舰船结构低频线谱振动噪声控制方法的有效性。进行了舰船机舱舱段的低噪声结构设计研究，通过水下声辐射数值预报验证了本文中基于弯曲波带隙特性的舰船低噪声结构设计方法，为舰船结构的低频线谱振动噪声控制方法和低噪声结构设计研究提供了理论依据和工程应用参考。
NETL