论文总字数：23339字

摘 要

在船舶航行的过程中，振动噪声的预报对我们来说很重要。目前，对船舶板壳结构振动声辐射研究已有着相当长的历史。舰船上的噪声不仅会影响船上工作人员的生活和工作，而且影响着船上设备的工作质量和工作寿命，而且还会有噪声污染。因此对于振动噪声控制的研究具有很高的社会和经济价值。但是目前在我门的生活中对于那些巨大而复杂的水下船舶，进行声学研究困难．所以采用相似理论建立起模型来进行试验和研究，可以研究水下大型的复杂结构和船体的振动响应和声辐射规律。

文章主要通过调研板壳结构声振相似性研究方法及理论，进行板壳结构声振相似性理论分析。然后建立板壳结构声振相似性仿真模型，计算船舶板壳结构的固有频率、振动响应和声辐射，进行其声振相似性研究。

本文以单层加筋板、双层加筋板以及加筋圆柱壳为例，分析在1：3缩比后其振动声辐射特性的影响。首先通过有限元软件ANSYS分别对其进行模态分析，计算其模态，振动响应以及声辐射，然后将其进行缩比后分析其声振特性，并与缩比前进行比较分析，研究其相似性。最后根据仿真结果进行分析研究，得出船舶板壳结构声振相似性规律和应用。

本文通过ANSYS建立具有几何相似关系的模型与原型，计算得出船舶板壳结构的声振数据，并使用声学软件Virtuallab进行声辐射的数值分析。研究缩比前后的相似性关系，结果表明了船舶板壳结构的振动声辐射特性满足相似理论。

关键词：板壳结构；模态分析；振动；振动响应；声辐射；相似方法

Abstract

In the course of ship navigation, the prediction of vibration and noise is very important to us. At present, there has been a long history of research on vibration and sound radiation of ship's shell and plate structure.The noise on the ship will not only affect the life and work of the staff on board, but also affect the working quality and life of the equipment on board, and there will be noise pollution. Therefore, the research on vibration and noise control has high social and economic value. But at present, it is difficult to study the acoustics of those huge and complex underwater ships in our life. Therefore, the vibration response and sound radiation law of large and complex underwater structures and ships can be studied by using the similar theory to establish the model for experiment and research.

This article mainly conducts the theoretical analysis of the acoustic and vibration similarity of the plate and shell structure by investigating the research methods and theories of the acoustic and vibration similarity of the plate and shell structure. Then, the simulation model of acoustic and vibration similarity of the plate and shell structure is established, the natural frequency, vibration response and acoustic radiation of the ship's shell and shell structure are calculated, and the acoustic and vibration similarity study is carried out.

This article takes single-layer stiffened plates, double-layer stiffened plates and stiffened cylindrical shells as examples to analyze the influence of vibration sound radiation characteristics after 1: 3 reduction ratio. Firstly, the finite element software ANSYS was used to perform modal analysis to calculate its modal, vibration response and acoustic radiation, then analyze the acoustic and vibration characteristics after scaling, and compare them with those before scaling to study the similarity. Finally, according to the simulation results, the similarity law and application of ship plate and shell structure are obtained.

This article establishes the model and prototype with geometric similarity relationship through ANSYS, calculates the sound and vibration data of the ship's plate and shell structure, and uses the acoustic software Virtuallab to perform the numerical analysis of sound radiation. The similarity relationship before and after the reduction is studied, and the results show that the vibration and acoustic radiation characteristics of the ship's shell and plate structure satisfy the similarity theory..

Keywords：Shell structure；modal analysis；vibration response；acoustic radiation；imilitude method

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究目的和意义 3

1.4 本章小结 3

第2章 建立模型 4

2.1 ANSYS的介绍 4

2.1.1 ANSYS的结构 4

2.1.2 ANSYA的特点 4

2.1.3 ANSYS的应用 5

2.2 单层加筋板的建立 7

2.3 双层加筋板的建立 8

2.4 加筋圆柱壳的建立 8

2.5 本章小结 9

第3章 基本理论 10

3.1 壳体的振动相似性 10

3.2 壳体的振动响应相似性 10

3.3 辐射声场的相似性 11

3.4 本章小结 12

第4章 单层加筋板 13

4.1 模态分析 13

4.1.1 在分析类型中选择模态分析 13

4.1.2 选择兰索斯法，计算50阶模态 13

4.1.3 计算得出固有频率 13

4.1.4 任选一频率可得出模态振型 15

4.2 谐响应分析 16

4.3 声辐射 16

4.4 缩比后的分析 17

4.4.1 进行模型缩比 17

4.4.2 模态分析 18

4.4.3 谐响应分析 19

4.4.4 声辐射 20

4.5 本章小结 20

第5章 双层加筋板 21

5.1 模态分析 21

5.1.1 在分析类型中选择模态分析 21

5.1.2 选择兰索斯法，计算50阶模态 21

5.1.3 计算得出固有频率 21

5.1.4 任选一频率可得出模态振型 22

5.2 谐响应分析 23

5.3 声辐射 24

5.4 缩比后的分析 25

5.4.1 模态分析 25

5.4.2 谐响应分析 26

5.4.3 声辐射 26

5.5 本章小结 27

第6章 加筋圆柱壳 28

6.1 模态分析 28

6.1.1 在分析类型中选择模态分析 28

6.1.2 选择兰索斯法，计算50阶模态 28

6.1.3 计算得出固有频率 28

6.1.4 任选一频率可得出模态振型 29

6.2 谐响应分析 31

6.3 声辐射 32

6.4 缩比后的分析 32

6.4.1 模态分析 32

6.4.2 谐响应分析 33

6.4.3 声辐射 34

6.5 本章小结 34

第7章 缩比后的数据分析 35

7.1 模态分析对比 35

7.1.1 单层加筋板 35

7.1.2 双层加筋板 36

7.1.3 加筋圆柱壳 37

7.2 谐响应分析 39

7.2.1 单层加筋板 39

7.2.2 双层加筋板 40

7.2.3 加筋圆柱壳 40

7.3 声辐射分析 40

7.4 本章小结 41

第8章 结论及展望 42

8.1 结论 42

8.2 展望 42

参考文献 44

致谢 45

绪论

研究背景

现如今船舶在航行中还存在着多个问题，而其中板壳结构振动噪声问题是非常重要的组成因素。

我们对于船舶的振动和声辐射的研究从未停止，并由于海运经济的发展和海上军事的影响，我们对其的研究力度正在不断加大，因此对它的重视程度也在不断增加。不管是我们的民用船，还是军用船，必须要考虑的问题就是振动和噪声。船上的噪音不仅影响了在船只上的人的舒适，而且也影响到设备工作和人生活的运作，因此，寻找噪音和振动控制方法具有非常高的社会和经济价值。

水下振动声辐射的研究一直以来是声学的热点，声振研究对于在海面上的行驶船舶来说至关重要。随着习近平总书记对强国战略的提出，对海洋工程的发展更加关注了，为适应武器装备对于战争的需求，减少船舶，潜艇等的声辐射和振动已经刻不容缓，我们必须要加大对海洋工程的研究力度，不管是军事还是经济上都有极大的益处。

结构振动和声辐射是我们在航行中常见也是很重要的问题，较大振动和声辐射带来的噪音会使机组人员和乘客感到不适，甚至威胁他们的健康。同时，船舶上的一些精密工作设备和仪器，可能会在这种工作环境下发生损坏，影响船舶的正常运行。过大的振动还可能导致船体在高应力的地方出现裂纹，从而给船舶带来损坏。对于渔船来说，过度的振动和水下噪声对渔民捕鱼也会带来很大的影响。另外，在军用舰船领域，振动和振动引起的噪声也会给船舶的隐蔽性带来不便。在国内外，目前对船只的振动噪声进行严格控制，在世界各地的海上声波振动都对振动噪声有严格的要求，以减少船只的噪音和振动。

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