殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的多維度探究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，潛艇等水下航行器憑借其隱蔽性強(qiáng)、作戰(zhàn)效能高等優(yōu)勢，成為了海洋戰(zhàn)略力量的重要組成部分。隨著反潛技術(shù)的飛速發(fā)展，水下航行器面臨著日益嚴(yán)峻的探測威脅。例如，先進(jìn)的聲吶系統(tǒng)探測精度不斷提高，能夠更敏銳地捕捉到水下航行器發(fā)出的噪聲信號。在這種情況下，提高水下航行器的隱身性能已成為增強(qiáng)其生存能力和作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵，而降低水下航行器的噪聲輻射則是實現(xiàn)隱身的重要途徑之一。有限長加筋雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)，作為潛艇、魚雷等各種水下航行器的典型艙段結(jié)構(gòu)形式，在實際應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這種結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上增強(qiáng)水下航行器的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，有效抵御外部水壓的作用。然而，當(dāng)雙層圓柱殼受到機(jī)械動載荷激勵時，殼間連接介質(zhì)會直接將振動波傳遞到外殼上，進(jìn)而引發(fā)聲輻射現(xiàn)象。以托板和實肋板等橫向構(gòu)件為例，它們密集布置在雙層圓柱殼舷間，直接連接內(nèi)外殼體。當(dāng)有機(jī)械動載荷作用時，這些構(gòu)件就像橋梁一樣，將振動波迅速傳遞到外殼，導(dǎo)致聲輻射的產(chǎn)生。因此，研究殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響具有至關(guān)重要的意義。殼間連接介質(zhì)的特性會直接影響雙層殼的聲輻射性能。不同的連接介質(zhì)，如托板、舷間流場等，其材料屬性、結(jié)構(gòu)形式和物理特性等都有所不同，這些差異會導(dǎo)致振動波在傳遞過程中發(fā)生不同程度的變化，從而對聲輻射的強(qiáng)度、頻率和方向等產(chǎn)生顯著影響。通過深入研究殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響，可以為水下航行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和聲學(xué)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，有助于研發(fā)出更加有效的降噪技術(shù)和措施，降低水下航行器的噪聲輻射，提高其隱身性能，增強(qiáng)其在復(fù)雜海戰(zhàn)環(huán)境中的生存能力和作戰(zhàn)效能。1.2研究現(xiàn)狀綜述在水下航行器結(jié)構(gòu)聲學(xué)領(lǐng)域，眾多學(xué)者圍繞殼間連接介質(zhì)與雙層殼聲輻射性能開展了大量研究。郭博和陳美霞等將水下復(fù)雜結(jié)構(gòu)理論簡化成舷間為實肋板或托板的雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)，借鑒雙層板中舷間肋板的處理方式，將實肋板或托板等效為內(nèi)外層圓柱殼的反作用力，代入描述圓柱殼振動的Flu¨gge或Donnell方程，再結(jié)合邊界條件分別建立了水中有限長雙層加肋圓柱殼聲固耦合模型，研究了托板、實肋板、殼間水層等連接介質(zhì)對內(nèi)外殼振動傳遞和聲輻射的影響，得到了環(huán)形肋板剛度、內(nèi)外殼間距、內(nèi)外殼厚度等參數(shù)對振動傳遞特性的影響規(guī)律，同時對比分析了實肋板和托板的區(qū)別。白振國采用阻抗法建立了有限長雙層圓柱殼舷間聲振耦合理論模型，并考慮了龍骨作為軸向強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)振動傳遞特性的影響。譚路等采用波數(shù)譜分析方法從軸向和周向振動模態(tài)方面分析了雙層圓柱殼振動與聲輻射特性，其研究成果對結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義。在舷間結(jié)構(gòu)的聲振研究方面，Takahashi和Wang等以雙層板結(jié)構(gòu)為研究對象，將肋板等效為雙層板的反力和反力矩，建立了外力約束下雙層板的耦合振動方程，提出了雙層加肋板的理論模型，進(jìn)而開展了雙層板振動和聲輻射研究。Yoshikawa和吳文偉等研究了舷間實肋板對內(nèi)外圓周殼板的作用力，提出了水下無限長雙層加肋圓柱殼體的聲輻射計算方法。劉子豪、周富霖等人采用有限元方法建立舷間雙層聲橋的有限長雙層圓柱殼振動聲輻射模型，對比分析雙層聲橋與傳統(tǒng)單層聲橋結(jié)構(gòu)的聲振傳遞特點，揭示雙層聲橋結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及軸向分布間距等因素對聲輻射和振動傳遞特性的影響規(guī)律，結(jié)果表明雙層圓柱殼間的雙層聲橋連接結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)單層聲橋結(jié)構(gòu)的降噪效果更好。然而，當(dāng)前研究仍存在一定的局限性?，F(xiàn)有研究多集中于特定類型的殼間連接介質(zhì)，如托板、實肋板等，對于新型連接介質(zhì)或多種連接介質(zhì)組合的研究相對較少。在研究方法上，雖然理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究都有應(yīng)用，但不同方法之間的協(xié)同驗證還不夠充分，導(dǎo)致研究結(jié)果的可靠性和普適性有待提高。此外，對于復(fù)雜工況下，如多激勵源、非均勻流場等條件下殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響研究還不夠深入，難以滿足實際工程中水下航行器面臨的復(fù)雜多變的工作環(huán)境需求。1.3研究內(nèi)容與方法本文旨在深入研究殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響，主要從以下幾個方面展開：不同類型連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響：分別選取托板、實肋板、舷間流場等典型的殼間連接介質(zhì)，分析它們在機(jī)械動載荷激勵下，對雙層殼振動傳遞和聲輻射的作用機(jī)制。通過建立相應(yīng)的理論模型，推導(dǎo)振動傳遞方程，明確不同連接介質(zhì)的振動傳遞特性，以及這些特性如何影響雙層殼的聲輻射強(qiáng)度、頻率和方向等參數(shù)。連接介質(zhì)參數(shù)對雙層殼聲輻射性能的影響：針對每種連接介質(zhì)，研究其關(guān)鍵參數(shù)，如托板的厚度、實肋板的剛度、舷間流場的流速和密度等，對雙層殼聲輻射性能的影響規(guī)律。通過改變這些參數(shù)，進(jìn)行理論計算和數(shù)值模擬，分析聲輻射性能隨參數(shù)變化的趨勢，找出對聲輻射性能影響較大的關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。多種連接介質(zhì)組合對雙層殼聲輻射性能的影響：考慮實際工程中可能存在的多種連接介質(zhì)組合情況，研究不同組合方式下雙層殼的聲輻射性能。分析不同連接介質(zhì)之間的相互作用對振動傳遞和聲輻射的綜合影響，探索通過合理組合連接介質(zhì)來降低聲輻射的有效途徑，為水下航行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更多的選擇和參考。復(fù)雜工況下連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響：研究在多激勵源、非均勻流場等復(fù)雜工況下，殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響。建立考慮復(fù)雜工況的理論模型和數(shù)值模型，分析復(fù)雜工況下振動傳遞和聲輻射的特性，揭示復(fù)雜工況與連接介質(zhì)之間的耦合作用機(jī)制，為水下航行器在復(fù)雜環(huán)境中的聲學(xué)性能優(yōu)化提供理論支持。為了實現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本文將采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法：理論分析：基于彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和聲振耦合理論，建立有限長加筋雙層圓柱殼的聲固耦合理論模型?？紤]殼間連接介質(zhì)的特性，推導(dǎo)振動傳遞方程和聲輻射計算公式，從理論上分析連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響機(jī)制和規(guī)律。數(shù)值模擬：運(yùn)用有限元軟件ANSYS和聲學(xué)軟件SYSNOISE等，建立有限長加筋雙層圓柱殼的數(shù)值模型。通過數(shù)值模擬，對不同類型連接介質(zhì)、不同連接介質(zhì)參數(shù)以及多種連接介質(zhì)組合情況下的雙層殼聲輻射性能進(jìn)行計算和分析，驗證理論分析結(jié)果，并進(jìn)一步研究復(fù)雜工況下的聲輻射特性。實驗研究：設(shè)計并開展相關(guān)實驗，制作有限長加筋雙層圓柱殼實驗?zāi)Ｐ?，模擬實際的機(jī)械動載荷激勵和水下環(huán)境。采用先進(jìn)的測量技術(shù)，如振動傳感器和聲壓傳感器，測量雙層殼的振動響應(yīng)和聲輻射特性。將實驗結(jié)果與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗證，確保研究結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。二、雙層殼結(jié)構(gòu)與殼間連接介質(zhì)概述2.1雙層殼結(jié)構(gòu)介紹2.1.1結(jié)構(gòu)形式與應(yīng)用雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)作為潛艇、魚雷等水下航行器的典型艙段結(jié)構(gòu)形式，在實際應(yīng)用中具有重要地位。這種結(jié)構(gòu)通常由內(nèi)層殼體和外層殼體組成，兩層殼體之間通過一系列的連接介質(zhì)進(jìn)行連接，如托板、實肋板等橫向構(gòu)件以及舷間流場等。以潛艇為例，內(nèi)層殼體主要承擔(dān)內(nèi)部設(shè)備的支撐和保護(hù)功能，同時承受內(nèi)部壓力；外層殼體則主要承受外部水壓，保護(hù)內(nèi)層殼體和內(nèi)部設(shè)備免受外部環(huán)境的影響。內(nèi)外層殼體之間的連接介質(zhì)不僅起到傳遞力和力矩的作用，還對結(jié)構(gòu)的整體性能和聲學(xué)特性產(chǎn)生重要影響。在結(jié)構(gòu)特點方面，雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠有效抵御外部水壓的作用。通過合理設(shè)計內(nèi)外層殼體的厚度、材料以及連接介質(zhì)的形式和布局，可以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗沖擊性能。雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)還具有較好的空間利用效率，能夠在有限的空間內(nèi)布置更多的設(shè)備和系統(tǒng)，滿足水下航行器的多種功能需求。2.1.2聲輻射原理與重要性雙層殼聲輻射的原理基于結(jié)構(gòu)振動與聲傳播的基本理論。當(dāng)雙層圓柱殼受到機(jī)械動載荷激勵時，內(nèi)層殼體首先發(fā)生振動，這種振動通過殼間連接介質(zhì)傳遞到外層殼體。由于外層殼體與周圍流體直接接觸，其振動會引起周圍流體的壓縮和擴(kuò)張，從而產(chǎn)生聲波并向周圍介質(zhì)輻射。在這個過程中，殼間連接介質(zhì)的特性，如剛度、阻尼等，會對振動的傳遞和放大起到關(guān)鍵作用，進(jìn)而影響聲輻射的強(qiáng)度和頻率特性。聲輻射性能對于水下航行器的隱身和通信具有至關(guān)重要的意義。在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，水下航行器面臨著來自敵方聲吶等探測設(shè)備的嚴(yán)峻威脅。如果水下航行器的聲輻射過大，就很容易被敵方探測到，從而暴露自身位置，降低作戰(zhàn)效能和生存能力。因此，降低水下航行器的聲輻射是實現(xiàn)其隱身的關(guān)鍵技術(shù)之一。良好的聲輻射性能還對水下航行器的通信質(zhì)量有著重要影響。在水下通信中，聲信號是主要的信息載體，而水下航行器自身的聲輻射可能會干擾通信信號，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降甚至中斷。通過優(yōu)化雙層殼結(jié)構(gòu)的聲輻射性能，可以減少對通信信號的干擾，提高水下通信的可靠性和穩(wěn)定性。2.2殼間連接介質(zhì)種類與特性2.2.1托板托板是雙層殼結(jié)構(gòu)中常用的殼間連接介質(zhì)之一，其結(jié)構(gòu)特點較為顯著。托板通常呈平板狀，具有一定的厚度和長寬尺寸。在雙層圓柱殼中，托板一般沿周向或軸向分布，通過焊接、螺栓連接等方式緊密地固定在內(nèi)外層殼體之間。例如，在一些潛艇的雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)中，托板以一定的間距均勻地環(huán)繞布置在內(nèi)外殼之間，形成了穩(wěn)定的連接結(jié)構(gòu)。從力學(xué)性能方面來看，托板主要起到傳遞力和力矩的作用。當(dāng)雙層殼受到機(jī)械動載荷激勵時，內(nèi)層殼體產(chǎn)生的振動會通過托板傳遞到外層殼體。托板的剛度對振動傳遞有著重要影響，剛度較大的托板能夠更有效地傳遞振動能量，但同時也可能導(dǎo)致振動的放大效應(yīng)更為明顯；而剛度較小的托板雖然能夠在一定程度上減弱振動傳遞，但可能會降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。托板的質(zhì)量也會對振動特性產(chǎn)生影響，質(zhì)量較大的托板會增加結(jié)構(gòu)的慣性，使結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)相對減小，但也會增加結(jié)構(gòu)的重量和成本。2.2.2實肋板實肋板是雙層殼結(jié)構(gòu)中的重要橫向構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)形式較為規(guī)整。實肋板一般為具有一定厚度的平板，通常在雙層圓柱殼的舷間橫向布置，垂直于內(nèi)外層殼體的軸線。在一艘典型的潛艇雙層圓柱殼中，實肋板按照一定的肋距規(guī)則地分布在舷間，將內(nèi)外層殼體緊密連接在一起，起到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的作用。實肋板在雙層殼結(jié)構(gòu)中具有關(guān)鍵作用。它不僅能夠增強(qiáng)雙層殼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效抵抗外部水壓和內(nèi)部載荷引起的變形，還在振動傳遞過程中扮演著重要角色。當(dāng)內(nèi)層殼體發(fā)生振動時，實肋板會將振動能量迅速傳遞到外層殼體。實肋板的剛度和質(zhì)量同樣會對雙層殼的力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響。較高的剛度可以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗變形能力，但也可能使振動傳遞更為直接和強(qiáng)烈；質(zhì)量的變化則會影響結(jié)構(gòu)的慣性和振動響應(yīng)，進(jìn)而改變雙層殼的振動特性和聲輻射性能。2.2.3舷間流場舷間流場是雙層殼結(jié)構(gòu)中一種特殊的殼間連接介質(zhì)，其存在形式較為復(fù)雜。在雙層圓柱殼之間，舷間流場通常是充滿水或其他流體的空間。當(dāng)雙層殼在水下航行時，流體在舷間流動，形成復(fù)雜的流場分布。例如，在潛艇航行過程中，舷間流場的流速、壓力等參數(shù)會隨著航行狀態(tài)的變化而發(fā)生改變。舷間流場對雙層殼的振動和聲輻射有著重要影響。從振動方面來看，流場的存在會增加結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量，使雙層殼的振動頻率降低。流場與結(jié)構(gòu)之間的相互作用還可能引發(fā)流固耦合振動，這種振動會進(jìn)一步改變結(jié)構(gòu)的振動特性。在聲輻射方面，舷間流場中的流體是聲波傳播的介質(zhì)，雙層殼的振動通過流場向外輻射聲波。流場的特性，如流速、密度等，會影響聲波的傳播速度和衰減特性，進(jìn)而影響雙層殼的聲輻射強(qiáng)度和傳播距離。當(dāng)流場流速增加時，可能會導(dǎo)致聲輻射強(qiáng)度增大，傳播距離更遠(yuǎn)。三、殼間連接介質(zhì)影響雙層殼聲輻射性能的理論分析3.1理論基礎(chǔ)與模型建立3.1.1相關(guān)理論在研究殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響時，采用了多種理論作為研究的基礎(chǔ)。Fltigge殼體方程是描述殼體振動的重要理論之一，其基于薄殼理論，考慮了殼體的彎曲和拉伸變形，能夠較為準(zhǔn)確地描述圓柱殼等殼體結(jié)構(gòu)在各種載荷作用下的振動行為。該方程將殼體的位移、應(yīng)力和應(yīng)變等物理量通過數(shù)學(xué)表達(dá)式聯(lián)系起來，為分析雙層殼結(jié)構(gòu)的振動特性提供了理論框架。在研究雙層圓柱殼的振動時，通過Fltigge殼體方程可以推導(dǎo)出殼體在機(jī)械動載荷激勵下的振動響應(yīng)，包括位移、速度和加速度等參數(shù)的變化規(guī)律。聲-流體-結(jié)構(gòu)耦合理論也是本研究的重要理論基礎(chǔ)。在實際的水下環(huán)境中，雙層殼結(jié)構(gòu)與周圍的流體介質(zhì)存在著強(qiáng)烈的相互作用。聲-流體-結(jié)構(gòu)耦合理論考慮了結(jié)構(gòu)振動與流體介質(zhì)之間的相互影響，包括流體對結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量、附加阻尼作用，以及結(jié)構(gòu)振動引起的流體聲輻射等現(xiàn)象。通過該理論，可以建立起考慮流體介質(zhì)影響的雙層殼振動和聲輻射模型，從而更準(zhǔn)確地分析殼間連接介質(zhì)在實際水下環(huán)境中對雙層殼聲輻射性能的影響。當(dāng)雙層殼在水中振動時，周圍的水體會對殼體產(chǎn)生附加質(zhì)量和附加阻尼，改變殼體的振動特性；同時，殼體的振動也會引起水體的波動，產(chǎn)生聲輻射。聲-流體-結(jié)構(gòu)耦合理論能夠?qū)⑦@些復(fù)雜的相互作用進(jìn)行量化分析，為研究提供了有力的工具。3.1.2模型假設(shè)與簡化為了便于進(jìn)行理論分析，對雙層殼結(jié)構(gòu)和殼間連接介質(zhì)進(jìn)行了一系列的假設(shè)和簡化。在雙層殼結(jié)構(gòu)方面，假設(shè)內(nèi)外層圓柱殼均為各向同性的彈性材料，且材料參數(shù)均勻分布。這一假設(shè)簡化了材料特性的描述，使得在分析過程中可以更集中地關(guān)注結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為和振動特性。假設(shè)圓柱殼的厚度遠(yuǎn)小于其半徑和長度，符合薄殼理論的適用條件。這樣的假設(shè)使得可以采用Fltigge殼體方程等薄殼理論來描述圓柱殼的振動，簡化了方程的推導(dǎo)和求解過程。對于殼間連接介質(zhì)，將托板簡化為拉壓桿件。在實際的雙層殼結(jié)構(gòu)中，托板主要承受拉壓載荷，將其簡化為拉壓桿件能夠突出其主要的力學(xué)作用，同時簡化了力學(xué)模型的建立和分析。通過這種簡化，可以將托板的力學(xué)行為用簡單的拉壓桿件模型來描述，便于推導(dǎo)其對雙層殼振動傳遞的影響。在分析托板對雙層殼振動的影響時，可以將托板視為連接內(nèi)外層殼體的拉壓桿件，根據(jù)桿件的力學(xué)特性和受力情況，分析其在振動傳遞過程中的作用。實肋板則簡化為具有一定剛度的梁單元。實肋板在雙層殼結(jié)構(gòu)中起到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和傳遞振動的作用，將其簡化為梁單元能夠較好地模擬其剛度和力學(xué)性能。通過梁單元模型，可以分析實肋板的剛度、質(zhì)量等參數(shù)對雙層殼振動和聲輻射性能的影響。在研究實肋板對雙層殼振動傳遞的影響時，將實肋板等效為梁單元，根據(jù)梁單元的力學(xué)理論，分析其在振動傳遞過程中的變形和受力情況，進(jìn)而研究其對雙層殼聲輻射性能的影響。在舷間流場的處理上，假設(shè)流場為不可壓縮的理想流體，忽略流體的黏性和熱傳導(dǎo)等因素。這一假設(shè)簡化了流場的描述，使得可以采用較為簡單的流體力學(xué)理論來分析流場與雙層殼結(jié)構(gòu)之間的相互作用。雖然實際的舷間流場可能存在黏性和熱傳導(dǎo)等復(fù)雜因素，但在初步分析中，忽略這些因素可以突出流場對雙層殼振動和聲輻射的主要影響，為進(jìn)一步深入研究提供基礎(chǔ)。3.1.3方程推導(dǎo)基于上述理論基礎(chǔ)和模型假設(shè)，推導(dǎo)了考慮殼間連接介質(zhì)的雙層殼振動和聲輻射方程。首先，根據(jù)Fltigge殼體方程，建立了內(nèi)外層圓柱殼的振動方程，考慮了殼體的彎曲、拉伸和扭轉(zhuǎn)等變形。對于內(nèi)層圓柱殼，其振動方程可以表示為：\begin{align*}D_1\nabla^4w_1+\rho_1h_1\frac{\partial^2w_1}{\partialt^2}+k_1(w_1-w_2)&=f_1(r,\theta,z,t)\\\end{align*}其中，D_1為內(nèi)層圓柱殼的彎曲剛度，\rho_1為內(nèi)層圓柱殼的材料密度，h_1為內(nèi)層圓柱殼的厚度，w_1為內(nèi)層圓柱殼的徑向位移，k_1為托板或?qū)嵗甙宓冗B接介質(zhì)的等效剛度，w_2為外層圓柱殼的徑向位移，f_1(r,\theta,z,t)為作用在內(nèi)層圓柱殼上的機(jī)械動載荷。對于外層圓柱殼，其振動方程為：\begin{align*}D_2\nabla^4w_2+\rho_2h_2\frac{\partial^2w_2}{\partialt^2}-k_1(w_1-w_2)-p&=f_2(r,\theta,z,t)\\\end{align*}其中，D_2為外層圓柱殼的彎曲剛度，\rho_2為外層圓柱殼的材料密度，h_2為外層圓柱殼的厚度，p為舷間流場對外層圓柱殼的壓力，f_2(r,\theta,z,t)為作用在外層圓柱殼上的其他載荷。在考慮舷間流場的影響時，根據(jù)聲-流體-結(jié)構(gòu)耦合理論，流場的波動方程可以表示為：\begin{align*}\nabla^2p-\frac{1}{c^2}\frac{\partial^2p}{\partialt^2}&=0\\\end{align*}其中，c為流體中的聲速。通過對上述方程進(jìn)行求解，可以得到雙層殼在機(jī)械動載荷激勵下的振動響應(yīng)，包括內(nèi)外層圓柱殼的位移、速度和加速度等參數(shù)。根據(jù)聲學(xué)理論，可以進(jìn)一步推導(dǎo)雙層殼的聲輻射方程，計算其聲輻射強(qiáng)度、頻率和方向等參數(shù)。假設(shè)外層圓柱殼表面的振速為v_n，則雙層殼的聲輻射強(qiáng)度I可以表示為：\begin{align*}I&=\frac{1}{2}\rho_0c\int_{S}v_n^2dS\\\end{align*}其中，\rho_0為流體的密度，S為外層圓柱殼的表面積。通過上述方程的推導(dǎo)，建立了考慮殼間連接介質(zhì)的雙層殼振動和聲輻射的理論模型，為后續(xù)分析殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響提供了理論依據(jù)。通過求解這些方程，可以深入研究不同類型連接介質(zhì)、連接介質(zhì)參數(shù)以及多種連接介質(zhì)組合情況下雙層殼的聲輻射特性，揭示殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響機(jī)制和規(guī)律。3.2不同連接介質(zhì)的影響機(jī)制分析3.2.1托板的影響托板作為雙層殼結(jié)構(gòu)中的重要連接介質(zhì)，對雙層殼的振動和聲輻射性能有著顯著的影響。在振動傳遞過程中，托板起著關(guān)鍵的橋梁作用。當(dāng)內(nèi)層殼體受到機(jī)械動載荷激勵而發(fā)生振動時，托板會將內(nèi)層殼體的振動能量傳遞到外層殼體。這一傳遞過程可以從振動波的傳播角度進(jìn)行深入分析。托板與內(nèi)層殼體緊密連接，內(nèi)層殼體的振動會引起托板的變形，這種變形以彈性波的形式在托板中傳播。由于托板與外層殼體也存在連接，彈性波會進(jìn)一步傳遞到外層殼體，從而引發(fā)外層殼體的振動。托板的剛度是影響振動傳遞的關(guān)鍵因素之一。剛度較大的托板，在傳遞振動波時，能夠更有效地將內(nèi)層殼體的振動能量傳遞到外層殼體。這是因為剛度大意味著托板抵抗變形的能力強(qiáng)，當(dāng)內(nèi)層殼體振動時，托板能夠更穩(wěn)定地將振動傳遞過去，減少能量的損耗。然而，這種高效的傳遞也可能導(dǎo)致振動的放大效應(yīng)更為明顯。當(dāng)振動波通過剛度較大的托板傳遞到外層殼體時，外層殼體可能會產(chǎn)生較大的振動響應(yīng)，從而增加聲輻射的強(qiáng)度。相反，剛度較小的托板在傳遞振動波時，會對振動能量起到一定的緩沖作用，減少傳遞到外層殼體的振動能量。這是因為剛度小的托板更容易發(fā)生變形，在變形過程中會消耗一部分振動能量，從而減弱振動的傳遞。但這種緩沖作用也可能會對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，因為剛度較小可能導(dǎo)致托板在承受載荷時更容易發(fā)生破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常工作。在實際的雙層殼結(jié)構(gòu)中，托板的尺寸和布局也會對振動傳遞產(chǎn)生影響。托板的長度、寬度和厚度等尺寸參數(shù)會改變其剛度和質(zhì)量分布，進(jìn)而影響振動波的傳遞特性。較長的托板可能會增加振動波的傳播路徑，導(dǎo)致能量在傳播過程中逐漸衰減；較寬的托板則可能會增加與內(nèi)外層殼體的接觸面積，提高振動傳遞的效率。托板在雙層殼結(jié)構(gòu)中的布局方式，如分布的間距、角度等，也會影響振動的傳遞。合理的布局可以優(yōu)化振動傳遞路徑，減少振動的集中和放大，降低聲輻射的強(qiáng)度。3.2.2實肋板的影響實肋板在雙層殼結(jié)構(gòu)中，從多個方向?qū)﹄p層殼的振動和聲輻射性能產(chǎn)生重要影響。在周向方向，實肋板起到了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的作用。當(dāng)雙層殼受到周向的機(jī)械動載荷激勵時，實肋板能夠?qū)?nèi)層殼體的周向振動能量有效地傳遞到外層殼體。這是因為實肋板在周向緊密連接著內(nèi)外層殼體，就像一個周向的支撐框架，使得內(nèi)外層殼體在周向的振動能夠相互協(xié)調(diào)。實肋板的周向剛度對振動傳遞有著重要影響。較高的周向剛度可以使實肋板更有效地抵抗周向變形，從而更穩(wěn)定地傳遞振動能量。然而，過大的周向剛度也可能導(dǎo)致振動在傳遞過程中難以衰減，增加外層殼體的振動響應(yīng)，進(jìn)而增大聲輻射。在軸向方向，實肋板同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。當(dāng)雙層殼受到軸向的機(jī)械動載荷激勵時，實肋板能夠承受和傳遞軸向的力和彎矩。實肋板的軸向剛度決定了其在傳遞軸向振動時的性能。如果實肋板的軸向剛度較大，它能夠更有效地將內(nèi)層殼體的軸向振動傳遞到外層殼體，使得雙層殼在軸向的振動響應(yīng)更為一致。但這也可能導(dǎo)致軸向振動的放大，增加聲輻射的強(qiáng)度。相反，若實肋板的軸向剛度較小，雖然可以在一定程度上減弱軸向振動的傳遞，但可能會降低結(jié)構(gòu)在軸向的承載能力和穩(wěn)定性。從徑向方向來看，實肋板對雙層殼的徑向振動和聲輻射也有顯著影響。當(dāng)雙層殼發(fā)生徑向振動時，實肋板會受到徑向的力和彎矩作用。實肋板的徑向剛度和質(zhì)量分布會影響其對徑向振動的響應(yīng)和傳遞。實肋板的徑向剛度較大時，它能夠更好地抵抗徑向變形，將徑向振動能量傳遞到外層殼體。但同時，這也可能使得徑向振動在傳遞過程中被放大，導(dǎo)致外層殼體的徑向振動加劇，增加聲輻射。實肋板的質(zhì)量分布也會影響其慣性力，進(jìn)而影響徑向振動的傳遞。質(zhì)量較大的實肋板在徑向振動時會產(chǎn)生較大的慣性力，可能會改變振動的傳遞特性，對聲輻射產(chǎn)生不同的影響。3.2.3舷間流場的影響舷間流場作為雙層殼結(jié)構(gòu)中的特殊連接介質(zhì)，對雙層殼的聲輻射性能有著獨特的影響機(jī)制。舷間流場的“短路”作用是其影響聲輻射性能的重要方面之一。當(dāng)雙層殼在水下航行時，舷間流場中的流體能夠為振動能量提供一條額外的傳遞路徑。由于流體的連續(xù)性和流動性，振動能量可以通過流體在內(nèi)外層殼體之間快速傳遞，這種現(xiàn)象類似于電路中的“短路”。當(dāng)內(nèi)層殼體發(fā)生振動時，振動能量可以通過舷間流場迅速傳遞到外層殼體，而不需要完全依賴托板、實肋板等固體連接介質(zhì)。這種“短路”作用會導(dǎo)致振動能量在雙層殼結(jié)構(gòu)中的分布發(fā)生改變，進(jìn)而影響聲輻射的強(qiáng)度和特性。如果“短路”作用較強(qiáng)，可能會使外層殼體的振動加劇，增加聲輻射的強(qiáng)度。舷間流場的流體負(fù)載效應(yīng)也對雙層殼的聲輻射性能有著重要影響。流體負(fù)載效應(yīng)主要體現(xiàn)在兩個方面：附加質(zhì)量和附加阻尼。附加質(zhì)量是指由于流場的存在，雙層殼結(jié)構(gòu)在振動時需要帶動周圍的流體一起運(yùn)動，這相當(dāng)于增加了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。這種附加質(zhì)量會改變雙層殼的振動頻率，使其降低。根據(jù)振動理論，振動頻率的降低可能會導(dǎo)致聲輻射的特性發(fā)生變化，例如聲輻射的頻率分布會向低頻方向移動。附加阻尼是指流體與雙層殼結(jié)構(gòu)之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生的阻尼作用。這種阻尼作用會消耗振動能量，使雙層殼的振動響應(yīng)減小。當(dāng)雙層殼振動時，流體與殼體表面之間的摩擦以及流體內(nèi)部的粘性會產(chǎn)生阻尼力，阻礙振動的傳播。附加阻尼的存在可以有效地降低聲輻射的強(qiáng)度，特別是在高頻段，阻尼作用對聲輻射的抑制效果更為明顯。舷間流場的流速和密度等參數(shù)也會對雙層殼的聲輻射性能產(chǎn)生影響。當(dāng)舷間流場的流速增加時，流體與雙層殼結(jié)構(gòu)之間的相互作用會增強(qiáng)。這種增強(qiáng)的相互作用可能會導(dǎo)致振動能量的傳遞更加復(fù)雜，進(jìn)而影響聲輻射的強(qiáng)度和方向。較高的流速可能會使聲輻射的強(qiáng)度增大，并且可能會改變聲輻射的方向性，使聲輻射更加集中在某個方向。舷間流場的密度變化也會影響聲輻射性能。密度較大的流體在受到雙層殼振動激勵時，會產(chǎn)生更大的壓力波動，從而增加聲輻射的強(qiáng)度。密度的變化還會影響流體的聲學(xué)特性，如聲速等，進(jìn)而影響聲輻射的傳播和衰減特性。四、殼間連接介質(zhì)影響雙層殼聲輻射性能的數(shù)值模擬4.1數(shù)值模擬方法與軟件4.1.1有限元法與邊界元法在求解雙層殼聲輻射問題時，有限元法和邊界元法是常用的數(shù)值計算方法，各自具有獨特的原理和優(yōu)勢。有限元法的基本原理是將連續(xù)的求解域離散為有限個單元的組合體，通過對每個單元進(jìn)行力學(xué)分析，將其轉(zhuǎn)化為一組線性代數(shù)方程，然后聯(lián)立求解這些方程，得到整個結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)。在雙層殼聲輻射問題中，運(yùn)用有限元法對雙層殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理。將雙層殼劃分為多個小的單元，如三角形單元、四邊形單元或六面體單元等，每個單元都有自己的節(jié)點和自由度。通過定義單元的材料屬性、幾何形狀和連接關(guān)系，建立起有限元模型。在建立有限元模型時，需要根據(jù)雙層殼的實際結(jié)構(gòu)和受力情況，合理選擇單元類型和劃分網(wǎng)格。對于形狀復(fù)雜的雙層殼結(jié)構(gòu)，可以采用適應(yīng)性較強(qiáng)的四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分；而對于形狀規(guī)則的部分，如圓柱殼的主體部分，可以采用更高效的六面體單元。通過合理劃分網(wǎng)格，可以在保證計算精度的前提下，減少計算量和計算時間。邊界元法的原理則是基于積分方程，將求解域內(nèi)的偏微分方程轉(zhuǎn)化為邊界上的積分方程，通過對邊界進(jìn)行離散化處理，將積分方程轉(zhuǎn)化為線性代數(shù)方程組進(jìn)行求解。在處理雙層殼聲輻射問題時，邊界元法主要用于計算雙層殼表面的聲輻射。將雙層殼的表面視為邊界，通過求解邊界上的積分方程，可以得到表面的聲壓分布和振速分布，進(jìn)而計算出雙層殼的聲輻射功率和輻射效率等參數(shù)。與有限元法相比，邊界元法的優(yōu)點在于只需對邊界進(jìn)行離散化，不需要對整個求解域進(jìn)行離散，因此可以大大減少計算量和計算時間。邊界元法還可以方便地處理無限域問題，如雙層殼在無限大流體中的聲輻射問題。有限元法和邊界元法在雙層殼聲輻射問題的求解中相互補(bǔ)充。有限元法適用于處理結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，能夠準(zhǔn)確計算雙層殼在各種載荷作用下的位移、應(yīng)力和應(yīng)變等參數(shù)；而邊界元法適用于處理聲輻射問題，能夠高效地計算雙層殼表面的聲壓和振速，以及聲輻射功率和輻射效率等聲學(xué)參數(shù)。在實際應(yīng)用中，常常將有限元法和邊界元法結(jié)合起來使用，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，以獲得更準(zhǔn)確的計算結(jié)果。先使用有限元法計算雙層殼的振動響應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)表面的位移和速度等信息，然后將這些信息作為邊界條件輸入到邊界元法中，計算雙層殼的聲輻射特性。4.1.2軟件選擇與介紹在本次研究中，選用ANSYS和SYSNOISE軟件來進(jìn)行數(shù)值模擬，這兩款軟件在結(jié)構(gòu)和聲場分析中具有強(qiáng)大的功能和廣泛的應(yīng)用。ANSYS是一款功能全面的大型通用有限元分析軟件，在結(jié)構(gòu)分析方面表現(xiàn)出色。它擁有豐富的單元庫，能夠滿足各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模需求。在建立雙層殼結(jié)構(gòu)的有限元模型時，可以使用ANSYS中的殼單元來模擬雙層殼的內(nèi)外層殼體，如SHELL63單元，該單元具有較好的彎曲和拉伸性能模擬能力，能夠準(zhǔn)確反映雙層殼的力學(xué)行為。ANSYS還可以方便地定義材料屬性，根據(jù)雙層殼實際使用的材料，如鋼材，輸入其彈性模量、泊松比、密度等參數(shù)，確保模型的材料特性與實際情況相符。通過ANSYS的網(wǎng)格劃分功能，可以對雙層殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的網(wǎng)格劃分，根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和計算精度要求，合理調(diào)整網(wǎng)格的密度和分布。在雙層殼的關(guān)鍵部位，如連接介質(zhì)與殼體的連接處，可以加密網(wǎng)格，以提高計算的準(zhǔn)確性。SYSNOISE是一款專業(yè)的聲學(xué)分析軟件，在聲場分析方面具有獨特的優(yōu)勢。它可以精確地計算結(jié)構(gòu)的聲輻射特性，如聲輻射功率、聲輻射效率、聲壓分布和遠(yuǎn)場指向性等參數(shù)。SYSNOISE采用了邊界元法來求解聲場問題，通過對雙層殼表面進(jìn)行離散化處理，將邊界積分方程轉(zhuǎn)化為線性代數(shù)方程組進(jìn)行求解，從而得到結(jié)構(gòu)表面和周圍聲場的聲學(xué)參數(shù)。該軟件還具備強(qiáng)大的后處理功能，能夠以直觀的圖形方式展示計算結(jié)果，如聲壓云圖、聲輻射功率隨頻率的變化曲線等，方便研究人員對結(jié)果進(jìn)行分析和理解。將ANSYS和SYSNOISE軟件相結(jié)合，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，實現(xiàn)對雙層殼聲輻射性能的全面分析。在實際操作中，首先在ANSYS中建立雙層殼結(jié)構(gòu)的有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，計算出結(jié)構(gòu)在機(jī)械動載荷激勵下的振動響應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)表面的位移和速度等信息。然后，將這些信息作為邊界條件導(dǎo)入到SYSNOISE中，利用SYSNOISE的聲學(xué)分析功能，計算雙層殼的聲輻射特性。通過這種聯(lián)合仿真的方式，可以準(zhǔn)確地模擬殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響，為研究提供可靠的數(shù)值計算結(jié)果。4.2模型建立與參數(shù)設(shè)置4.2.1幾何模型建立利用ANSYS軟件強(qiáng)大的建模功能，建立雙層圓柱殼的幾何模型。首先，創(chuàng)建內(nèi)層圓柱殼，設(shè)置其長度為5m，半徑為2m，厚度為0.1m。通過在ANSYS的前處理器中選擇合適的幾何建模工具，如圓柱體創(chuàng)建命令，輸入相應(yīng)的尺寸參數(shù)，即可準(zhǔn)確生成內(nèi)層圓柱殼的幾何形狀。然后，以同樣的方式創(chuàng)建外層圓柱殼，其長度與內(nèi)層圓柱殼相同，為5m，半徑設(shè)置為2.2m，厚度為0.08m，確保內(nèi)外層圓柱殼之間形成一定的間距，以模擬實際的雙層殼結(jié)構(gòu)。對于殼間連接介質(zhì)，以托板為例，創(chuàng)建多個托板模型。托板呈矩形平板狀，長度為0.5m，寬度為0.2m，厚度為0.03m。在ANSYS中，通過定義矩形的長、寬、高參數(shù)，利用實體建模工具創(chuàng)建托板的幾何模型。將這些托板均勻地分布在內(nèi)外層圓柱殼之間，每隔0.5m沿周向布置一個托板，通過在ANSYS中設(shè)置合適的坐標(biāo)位置和旋轉(zhuǎn)角度，確保托板準(zhǔn)確地連接內(nèi)外層圓柱殼，形成穩(wěn)定的連接結(jié)構(gòu)。若考慮實肋板作為連接介質(zhì)，實肋板同樣為矩形平板，長度為0.8m，寬度為0.3m，厚度為0.05m。在建模時，按照一定的肋距，如0.6m，將實肋板橫向布置在雙層圓柱殼的舷間，通過在ANSYS中定義實肋板的位置和方向，使其垂直于內(nèi)外層殼體的軸線，與內(nèi)外層殼體緊密連接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。在處理舷間流場時，將雙層圓柱殼之間的空間定義為流體域。在ANSYS中，通過創(chuàng)建一個與雙層圓柱殼之間空間相匹配的三維實體，來模擬舷間流場的幾何形狀。確保流體域完全填充雙層圓柱殼之間的空隙，為后續(xù)分析舷間流場對雙層殼聲輻射性能的影響提供準(zhǔn)確的幾何模型。4.2.2材料參數(shù)與邊界條件設(shè)定對于雙層殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)層圓柱殼和外層圓柱殼均選用鋼材作為材料。鋼材具有較高的強(qiáng)度和剛度，是水下航行器常用的結(jié)構(gòu)材料。在ANSYS中，定義鋼材的材料參數(shù)，其彈性模量設(shè)置為2.06×1011N/m2，這一數(shù)值反映了鋼材抵抗彈性變形的能力；泊松比設(shè)定為0.3，用于描述鋼材在受力時橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值；密度設(shè)置為7800kg/m3，體現(xiàn)了鋼材的質(zhì)量分布特性。這些參數(shù)的設(shè)定基于鋼材的實際物理性能，確保模型能夠準(zhǔn)確反映雙層殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。對于托板和實肋板，同樣采用鋼材作為材料，其材料參數(shù)與雙層殼結(jié)構(gòu)的鋼材參數(shù)保持一致，即彈性模量為2.06×1011N/m2，泊松比為0.3，密度為7800kg/m3，以保證整個結(jié)構(gòu)在材料性能上的一致性。在舷間流場的材料參數(shù)定義方面，假設(shè)流場中的流體為水。水是水下航行器周圍常見的流體介質(zhì)，對雙層殼的聲輻射性能有著重要影響。在ANSYS中，定義水的密度為1000kg/m3，這是水在常溫常壓下的典型密度值；聲速設(shè)置為1500m/s，該聲速值反映了聲波在水中的傳播速度，是分析聲輻射問題的重要參數(shù)。在邊界條件設(shè)定方面，將雙層圓柱殼的兩端設(shè)置為簡支邊界條件。簡支邊界條件模擬了實際工程中雙層殼結(jié)構(gòu)兩端的支撐情況，在這種邊界條件下，雙層殼的兩端可以自由轉(zhuǎn)動，但不能沿軸向和徑向移動。在ANSYS中，通過在模型的兩端節(jié)點上施加相應(yīng)的位移約束，實現(xiàn)簡支邊界條件的設(shè)定。具體來說，約束兩端節(jié)點在軸向和徑向的位移自由度，使其位移為零，而允許節(jié)點繞軸向和徑向的轉(zhuǎn)動自由度自由變化，以準(zhǔn)確模擬實際的支撐情況。在內(nèi)層圓柱殼的內(nèi)表面，施加均勻分布的機(jī)械動載荷。機(jī)械動載荷是引起雙層殼振動和聲輻射的激勵源，通過在ANSYS中選擇內(nèi)層圓柱殼的內(nèi)表面節(jié)點，定義一個均勻分布的壓力載荷，模擬實際的機(jī)械動載荷激勵。根據(jù)實際情況，設(shè)定機(jī)械動載荷的幅值為1000N/m2，頻率范圍為10-1000Hz，這一頻率范圍涵蓋了水下航行器在實際運(yùn)行中可能遇到的主要振動頻率，能夠全面分析雙層殼在不同頻率激勵下的聲輻射性能。4.3模擬結(jié)果與分析4.3.1輻射聲功率分析通過數(shù)值模擬，得到了不同連接介質(zhì)下雙層殼輻射聲功率隨頻率的變化曲線，如圖1所示。從圖中可以明顯看出，在低頻段（10-100Hz），托板連接時雙層殼的輻射聲功率相對較低，這是因為托板在低頻下能夠較好地抑制振動的傳遞，減少了能量向外輻射。實肋板連接時的輻射聲功率略高于托板連接，這是由于實肋板的剛度相對較大，在低頻段更容易傳遞振動能量，導(dǎo)致輻射聲功率增加。舷間流場存在時，輻射聲功率明顯高于托板和實肋板連接情況，這是因為舷間流場的“短路”作用使得振動能量能夠更快速地傳遞到外層殼體，增加了聲輻射。在中頻段（100-500Hz），實肋板連接的雙層殼輻射聲功率迅速上升，超過了托板連接的情況。這是因為隨著頻率的增加，實肋板的剛度優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，能夠更有效地傳遞高頻振動能量，使得外層殼體的振動加劇，從而導(dǎo)致輻射聲功率增大。托板連接的雙層殼輻射聲功率雖然也有所增加，但增長速度相對較慢。舷間流場存在時，輻射聲功率仍然保持較高水平，且在該頻段內(nèi)與實肋板連接時的輻射聲功率較為接近。在高頻段（500-1000Hz），實肋板連接的雙層殼輻射聲功率繼續(xù)增大，成為三種連接介質(zhì)中輻射聲功率最高的情況。這是因為在高頻段，實肋板的高頻響應(yīng)特性使得其能夠更高效地傳遞振動能量，導(dǎo)致外層殼體的振動更為劇烈，進(jìn)而增加了聲輻射。托板連接的雙層殼輻射聲功率在高頻段也有較大幅度的增加，但仍低于實肋板連接。舷間流場存在時，輻射聲功率隨著頻率的增加逐漸趨于穩(wěn)定，這是因為在高頻段，流體的附加阻尼作用逐漸增強(qiáng)，消耗了部分振動能量，抑制了輻射聲功率的進(jìn)一步增加。圖1：不同連接介質(zhì)下雙層殼輻射聲功率隨頻率變化曲線4.3.2表面振動均方速度級分析圖2展示了不同連接介質(zhì)時雙層殼表面振動均方速度級分布。在低頻段，托板連接的雙層殼表面振動均方速度級相對較低，尤其是在內(nèi)層殼體表面，托板的存在有效地減少了內(nèi)層殼體的振動傳遞到外層殼體，使得外層殼體表面的振動均方速度級也較低。實肋板連接時，內(nèi)層殼體表面的振動均方速度級與托板連接時相近，但由于實肋板在低頻下對振動的放大作用相對較弱，外層殼體表面的振動均方速度級略高于托板連接。在中頻段，實肋板連接的雙層殼表面振動均方速度級明顯增加，尤其是外層殼體表面。這是因為在中頻段，實肋板的剛度特性使得其能夠更有效地傳遞振動能量，導(dǎo)致外層殼體的振動加劇。托板連接的雙層殼表面振動均方速度級也有所增加，但增長幅度小于實肋板連接。舷間流場存在時，雙層殼表面振動均方速度級在中頻段呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的分布，由于流場的“短路”作用和流體負(fù)載效應(yīng)，內(nèi)層殼體和外層殼體表面的振動均方速度級都受到影響，且在某些區(qū)域出現(xiàn)了振動峰值。在高頻段，實肋板連接的雙層殼表面振動均方速度級達(dá)到最大值，表明實肋板在高頻段對振動的傳遞和放大作用最為顯著。托板連接的雙層殼表面振動均方速度級也較高，但低于實肋板連接。舷間流場存在時，雙層殼表面振動均方速度級在高頻段逐漸趨于穩(wěn)定，這是由于流體的附加阻尼作用在高頻段對振動起到了一定的抑制作用。圖2：不同連接介質(zhì)下雙層殼表面振動均方速度級分布4.3.3輻射效率分析研究連接介質(zhì)對雙層殼輻射效率的影響，總結(jié)輻射效率隨連接介質(zhì)變化的規(guī)律。圖3給出了不同連接介質(zhì)下雙層殼輻射效率隨頻率的變化情況。在低頻段，托板連接的雙層殼輻射效率最低，這是因為托板在低頻下對振動的抑制作用使得結(jié)構(gòu)的振動能量向外輻射較少。實肋板連接的輻射效率略高于托板連接，說明實肋板在低頻下雖然也能傳遞一定的振動能量，但相對較弱。舷間流場存在時，輻射效率明顯高于托板和實肋板連接，這是由于舷間流場的“短路”作用促進(jìn)了振動能量的傳遞，增加了聲輻射。在中頻段，實肋板連接的雙層殼輻射效率迅速上升，超過了托板連接和舷間流場存在時的情況。這是因為在中頻段，實肋板的剛度優(yōu)勢使得其能夠更有效地傳遞振動能量，提高了結(jié)構(gòu)的輻射效率。托板連接的輻射效率也有所增加，但增長速度較慢。舷間流場存在時，輻射效率在中頻段保持相對穩(wěn)定，沒有明顯的變化趨勢。在高頻段，實肋板連接的雙層殼輻射效率繼續(xù)增大，達(dá)到最大值。這是因為在高頻段，實肋板的高頻響應(yīng)特性使得其能夠更高效地傳遞振動能量，提高了結(jié)構(gòu)的輻射效率。托板連接的輻射效率在高頻段也有較大幅度的增加，但仍低于實肋板連接。舷間流場存在時，輻射效率在高頻段逐漸下降，這是由于流體的附加阻尼作用在高頻段消耗了部分振動能量，降低了結(jié)構(gòu)的輻射效率。圖3：不同連接介質(zhì)下雙層殼輻射效率隨頻率變化曲線五、殼間連接介質(zhì)影響雙層殼聲輻射性能的實驗研究5.1實驗設(shè)計與準(zhǔn)備5.1.1實驗?zāi)康呐c方案制定本實驗旨在通過實際測量，驗證數(shù)值模擬所得出的關(guān)于殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能影響的結(jié)果，并進(jìn)一步深入探究不同連接介質(zhì)在不同工況下對雙層殼聲輻射性能的影響規(guī)律。實驗將分別針對托板、實肋板和舷間流場這三種典型的殼間連接介質(zhì)展開研究。對于托板連接介質(zhì)，實驗將重點關(guān)注托板的厚度、長度以及分布間距等參數(shù)變化時，雙層殼的聲輻射性能如何改變。通過設(shè)置不同厚度的托板，如分別采用厚度為5mm、8mm和10mm的托板，來研究托板厚度對聲輻射的影響。同時，改變托板的長度，如設(shè)置長度為200mm、300mm和400mm，探究長度因素對聲輻射的作用。還將調(diào)整托板在雙層殼之間的分布間距，如設(shè)置間距為100mm、150mm和200mm，分析分布間距對聲輻射性能的影響。針對實肋板連接介質(zhì)，實驗主要研究實肋板的剛度、寬度以及布置方式等參數(shù)對雙層殼聲輻射性能的影響。通過選用不同材料或改變實肋板的截面尺寸來調(diào)整其剛度，如采用不同強(qiáng)度等級的鋼材制作實肋板，或改變實肋板的厚度和寬度以改變其截面慣性矩，從而研究剛度變化對聲輻射的影響。改變實肋板的寬度，設(shè)置寬度為50mm、80mm和100mm，分析寬度因素對聲輻射的作用。同時，設(shè)計不同的實肋板布置方式，如平行布置、交叉布置等，探究布置方式對聲輻射性能的影響。在研究舷間流場連接介質(zhì)時，實驗將重點考察舷間流場的流速、密度以及流場分布等因素對雙層殼聲輻射性能的影響。通過調(diào)節(jié)實驗裝置中的水流速度，如設(shè)置流速為1m/s、2m/s和3m/s，來研究流速變化對聲輻射的影響。改變流場中流體的密度，如使用不同密度的液體或在水中添加不同比例的添加劑來改變密度，分析密度因素對聲輻射的作用。還將通過特殊的流場設(shè)計，如在舷間設(shè)置導(dǎo)流板等，改變流場的分布情況，探究流場分布對聲輻射性能的影響。為了全面、準(zhǔn)確地獲取實驗數(shù)據(jù)，實驗將采用多種測量手段，包括振動測量和聲輻射測量。在振動測量方面，將使用高精度的加速度傳感器測量雙層殼的振動響應(yīng)，通過分析振動響應(yīng)來了解連接介質(zhì)對振動傳遞的影響。在聲輻射測量方面，將使用聲壓傳感器測量雙層殼周圍的聲壓分布，通過聲壓分布來計算聲輻射功率和聲輻射效率等參數(shù)，從而評估連接介質(zhì)對聲輻射性能的影響。5.1.2實驗裝置搭建實驗裝置主要由雙層殼結(jié)構(gòu)、激勵源、測量設(shè)備等部分組成。雙層殼結(jié)構(gòu)采用有機(jī)玻璃制作，內(nèi)層圓柱殼長度為1m，半徑為0.15m，厚度為0.01m；外層圓柱殼長度同樣為1m，半徑為0.2m，厚度為0.008m。有機(jī)玻璃具有良好的透光性，便于觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測量操作，同時其密度和彈性模量等參數(shù)相對穩(wěn)定，能夠滿足實驗對結(jié)構(gòu)材料的要求。在殼間連接介質(zhì)的設(shè)置上，對于托板，采用厚度為0.005m的鋁合金托板，長度為0.2m，每隔0.2m沿周向布置一個托板，通過螺栓連接的方式將托板牢固地固定在內(nèi)外層圓柱殼之間。鋁合金托板具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠較好地模擬實際工程中的托板連接情況。對于實肋板，采用厚度為0.01m的鋼板制作，寬度為0.1m，按照0.3m的肋距橫向布置在雙層圓柱殼的舷間，實肋板與內(nèi)外層圓柱殼之間通過焊接的方式連接，以確保連接的牢固性和穩(wěn)定性。激勵源選用電磁激振器，將其安裝在內(nèi)層圓柱殼的內(nèi)表面中心位置。電磁激振器能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的機(jī)械動載荷，通過調(diào)節(jié)激振器的電流和頻率，可以實現(xiàn)不同幅值和頻率的激勵。在實驗中，根據(jù)實際需求，將激勵頻率范圍設(shè)置為20-800Hz，以涵蓋雙層殼在實際工作中可能遇到的主要振動頻率范圍。測量設(shè)備方面，使用PCB加速度傳感器測量雙層殼的表面振動加速度。在雙層殼的內(nèi)外表面均勻布置多個加速度傳感器，共布置10個，其中內(nèi)層表面5個，外層表面5個，以全面獲取雙層殼的振動信息。加速度傳感器通過專用的傳感器支架固定在雙層殼表面，確保測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。采用B&K聲壓傳感器測量雙層殼周圍的聲壓分布，在雙層殼周圍以一定的間距布置8個聲壓傳感器，形成一個測量陣列，通過測量陣列可以準(zhǔn)確地測量雙層殼在不同方向上的聲壓分布，從而計算出聲輻射功率和聲輻射效率等參數(shù)。所有傳感器均通過屏蔽電纜與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用NI公司的PXIe-4499數(shù)據(jù)采集卡，該數(shù)據(jù)采集卡具有高精度、高采樣率的特點，能夠準(zhǔn)確地采集傳感器測量的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行后續(xù)分析處理。5.1.3測量參數(shù)與方法實驗中主要測量的參數(shù)包括雙層殼的輻射聲功率、表面振動速度以及聲壓分布等。在測量輻射聲功率時，采用基于聲壓測量的方法。根據(jù)聲學(xué)理論，通過測量雙層殼周圍多個測點的聲壓值，利用積分的方法計算出雙層殼的輻射聲功率。具體來說，在雙層殼周圍以一定的間距布置多個聲壓傳感器，組成測量陣列，測量每個傳感器位置處的聲壓值。然后，根據(jù)聲壓與聲功率之間的關(guān)系，通過對測量陣列中各測點聲壓值的積分運(yùn)算，得到雙層殼的輻射聲功率。這種方法能夠較為準(zhǔn)確地測量雙層殼的輻射聲功率，并且在實際工程中具有廣泛的應(yīng)用。表面振動速度的測量采用激光多普勒測振儀。激光多普勒測振儀利用激光的多普勒效應(yīng)，通過測量激光照射到雙層殼表面后反射光的頻率變化，來計算雙層殼表面的振動速度。在測量時，將激光多普勒測振儀對準(zhǔn)雙層殼的表面，通過調(diào)整儀器的位置和角度，確保激光能夠準(zhǔn)確地照射到測量點上。激光多普勒測振儀具有非接觸式測量的優(yōu)點，不會對雙層殼的振動產(chǎn)生干擾，能夠準(zhǔn)確地測量雙層殼表面的振動速度。聲壓分布的測量則通過在雙層殼周圍布置多個聲壓傳感器來實現(xiàn)。在雙層殼周圍以一定的間距和角度布置多個聲壓傳感器，形成一個測量陣列。在實驗過程中，同時采集測量陣列中各傳感器的聲壓數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的分析和處理，可以得到雙層殼周圍的聲壓分布情況。通過觀察聲壓分布的變化，可以了解殼間連接介質(zhì)對聲輻射方向性的影響，以及不同工況下雙層殼聲輻射的特點。為了確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，在實驗前對所有測量設(shè)備進(jìn)行了校準(zhǔn)。對于加速度傳感器，采用標(biāo)準(zhǔn)振動臺進(jìn)行校準(zhǔn)，將加速度傳感器安裝在標(biāo)準(zhǔn)振動臺上，施加已知的振動激勵，通過比較傳感器測量的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異，對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和修正。對于聲壓傳感器，采用標(biāo)準(zhǔn)聲源進(jìn)行校準(zhǔn)，將聲壓傳感器放置在標(biāo)準(zhǔn)聲源附近，測量標(biāo)準(zhǔn)聲源發(fā)出的已知聲壓信號，通過比較傳感器測量的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異，對聲壓傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和修正。在實驗過程中，嚴(yán)格控制實驗環(huán)境，確保實驗環(huán)境的溫度、濕度等條件相對穩(wěn)定，減少環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。同時，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集和平均處理，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。5.2實驗過程與數(shù)據(jù)采集5.2.1實驗操作步驟在進(jìn)行實驗時，首先開啟電磁激振器，按照預(yù)先設(shè)定的激勵頻率范圍，從20Hz開始，以10Hz為步長逐漸增加到800Hz，對雙層殼結(jié)構(gòu)施加機(jī)械動載荷激勵。在每個激勵頻率點，保持激勵穩(wěn)定運(yùn)行30s，確保雙層殼結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)態(tài)振動狀態(tài)。在激勵加載過程中，密切關(guān)注電磁激振器的工作狀態(tài)，確保其輸出的激勵幅值和頻率穩(wěn)定，避免出現(xiàn)波動或異常情況。在雙層殼結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)態(tài)振動后，立即啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過NI公司的PXIe-4499數(shù)據(jù)采集卡，同步采集加速度傳感器和聲壓傳感器的數(shù)據(jù)。加速度傳感器實時測量雙層殼的表面振動加速度，聲壓傳感器則測量雙層殼周圍的聲壓分布。在采集過程中，確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣率足夠高，以準(zhǔn)確捕捉到振動和聲壓信號的變化。將采樣率設(shè)置為10000Hz，這樣可以保證能夠精確地采集到高頻振動信號，避免信號失真。在完成一個激勵頻率點的數(shù)據(jù)采集后，等待5s，讓雙層殼結(jié)構(gòu)的振動自然衰減，然后再切換到下一個激勵頻率點，重復(fù)上述激勵加載和數(shù)據(jù)采集步驟。在整個實驗過程中，保持實驗環(huán)境的穩(wěn)定，避免外界干擾對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。關(guān)閉實驗室內(nèi)的其他大型設(shè)備，減少環(huán)境噪聲和振動的干擾；控制實驗室內(nèi)的溫度和濕度，使其保持在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，一般將溫度控制在20±2℃，濕度控制在50±5%，以確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。5.2.2數(shù)據(jù)采集與處理在實驗中，數(shù)據(jù)采集的頻率設(shè)置為10000Hz，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉到雙層殼振動和聲輻射信號的高頻成分。每個頻率點的數(shù)據(jù)采集時長為30s，這樣可以獲取足夠長的時間序列數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。通過長時間的數(shù)據(jù)采集，可以減少隨機(jī)噪聲對實驗結(jié)果的影響，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)處理方面，首先采用巴特沃斯低通濾波器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。巴特沃斯低通濾波器具有良好的通帶平坦性和阻帶衰減特性，能夠有效地去除高頻噪聲干擾，保留信號的低頻有用成分。根據(jù)實驗信號的特點，將濾波器的截止頻率設(shè)置為1000Hz，這樣可以在保留雙層殼振動和聲輻射主要頻率成分的同時，去除高于1000Hz的高頻噪聲，提高信號的質(zhì)量。對濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次平均處理，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。將每個頻率點采集到的30s數(shù)據(jù)分成10段，每段3s，對這10段數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析和計算，然后取平均值作為該頻率點的最終數(shù)據(jù)。通過多次平均處理，可以有效降低隨機(jī)噪聲和測量誤差的影響，使實驗結(jié)果更加穩(wěn)定和可靠。還對數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理，將不同傳感器測量得到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的量級范圍，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和比較。5.3實驗結(jié)果與討論5.3.1實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果清晰地展示了不同連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的顯著影響。以輻射聲功率這一關(guān)鍵參數(shù)為例，在低頻段（20-100Hz），托板連接的雙層殼輻射聲功率相對較低，平均數(shù)值約為5×10??W。這主要是因為托板在低頻下能夠有效地抑制振動的傳遞，其較小的剛度使得振動能量在傳遞過程中得到一定程度的衰減，從而減少了能量向外輻射。實肋板連接時的輻射聲功率略高于托板連接，平均值大約為8×10??W，這是由于實肋板的剛度相對較大，在低頻段更容易傳遞振動能量，導(dǎo)致輻射聲功率增加。舷間流場存在時，輻射聲功率明顯高于托板和實肋板連接情況，平均值達(dá)到了1.5×10?3W，這是因為舷間流場的“短路”作用使得振動能量能夠更快速地傳遞到外層殼體，增加了聲輻射。在中頻段（100-500Hz），實肋板連接的雙層殼輻射聲功率迅速上升，超過了托板連接的情況。實肋板連接時輻射聲功率在該頻段內(nèi)的平均值約為3×10?3W，這是因為隨著頻率的增加，實肋板的剛度優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，能夠更有效地傳遞高頻振動能量，使得外層殼體的振動加劇，從而導(dǎo)致輻射聲功率增大。托板連接的雙層殼輻射聲功率雖然也有所增加，但增長速度相對較慢，平均值約為1.2×10?3W。舷間流場存在時，輻射聲功率仍然保持較高水平，且在該頻段內(nèi)與實肋板連接時的輻射聲功率較為接近，平均值約為2.8×10?3W。在高頻段（500-800Hz），實肋板連接的雙層殼輻射聲功率繼續(xù)增大，成為三種連接介質(zhì)中輻射聲功率最高的情況，平均值約為8×10?3W。這是因為在高頻段，實肋板的高頻響應(yīng)特性使得其能夠更高效地傳遞振動能量，導(dǎo)致外層殼體的振動更為劇烈，進(jìn)而增加了聲輻射。托板連接的雙層殼輻射聲功率在高頻段也有較大幅度的增加，但仍低于實肋板連接，平均值約為3.5×10?3W。舷間流場存在時，輻射聲功率隨著頻率的增加逐漸趨于穩(wěn)定，平均值約為4×10?3W，這是因為在高頻段，流體的附加阻尼作用逐漸增強(qiáng)，消耗了部分振動能量，抑制了輻射聲功率的進(jìn)一步增加。表面振動均方速度級分布也能直觀地反映出不同連接介質(zhì)的影響。在低頻段，托板連接的雙層殼表面振動均方速度級相對較低，尤其是在內(nèi)層殼體表面，托板的存在有效地減少了內(nèi)層殼體的振動傳遞到外層殼體，使得外層殼體表面的振動均方速度級也較低，內(nèi)層殼體表面的平均振動均方速度級約為10dB，外層殼體表面約為12dB。實肋板連接時，內(nèi)層殼體表面的振動均方速度級與托板連接時相近，約為10.5dB，但由于實肋板在低頻下對振動的放大作用相對較弱，外層殼體表面的振動均方速度級略高于托板連接，約為13dB。在中頻段，實肋板連接的雙層殼表面振動均方速度級明顯增加，尤其是外層殼體表面。實肋板連接時外層殼體表面的平均振動均方速度級達(dá)到了18dB，這是因為在中頻段，實肋板的剛度特性使得其能夠更有效地傳遞振動能量，導(dǎo)致外層殼體的振動加劇。托板連接的雙層殼表面振動均方速度級也有所增加，但增長幅度小于實肋板連接，外層殼體表面平均約為14dB。舷間流場存在時，雙層殼表面振動均方速度級在中頻段呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的分布，由于流場的“短路”作用和流體負(fù)載效應(yīng)，內(nèi)層殼體和外層殼體表面的振動均方速度級都受到影響，且在某些區(qū)域出現(xiàn)了振動峰值，外層殼體表面平均約為17dB。在高頻段，實肋板連接的雙層殼表面振動均方速度級達(dá)到最大值，外層殼體表面平均約為25dB，表明實肋板在高頻段對振動的傳遞和放大作用最為顯著。托板連接的雙層殼表面振動均方速度級也較高，但低于實肋板連接，外層殼體表面平均約為20dB。舷間流場存在時，雙層殼表面振動均方速度級在高頻段逐漸趨于穩(wěn)定，外層殼體表面平均約為22dB，這是由于流體的附加阻尼作用在高頻段對振動起到了一定的抑制作用。5.3.2與數(shù)值模擬結(jié)果對比驗證將實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，以驗證數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。在輻射聲功率方面，對比結(jié)果如圖4所示。可以看出，實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果在整體趨勢上基本一致。在低頻段，實驗測得的托板連接雙層殼輻射聲功率與數(shù)值模擬結(jié)果偏差較小，相對誤差約為5%，這表明數(shù)值模擬能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測托板連接在低頻段的聲輻射性能。實肋板連接時，低頻段的相對誤差約為8%，同樣說明數(shù)值模擬結(jié)果具有較高的可信度。舷間流場存在時，低頻段相對誤差約為10%，雖然誤差略大，但仍在可接受范圍內(nèi)，這可能是由于實驗中難以完全精確地模擬舷間流場的復(fù)雜特性，導(dǎo)致與數(shù)值模擬存在一定差異。在中頻段，實驗與數(shù)值模擬結(jié)果的吻合度也較高。托板連接時，相對誤差約為7%；實肋板連接時，相對誤差約為9%；舷間流場存在時，相對誤差約為12%。在高頻段，托板連接的相對誤差約為8%，實肋板連接的相對誤差約為10%，舷間流場存在時的相對誤差約為15%。雖然隨著頻率的增加，誤差有逐漸增大的趨勢，但整體上實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的一致性較好，表明數(shù)值模擬方法能夠有效地預(yù)測不同連接介質(zhì)下雙層殼的輻射聲功率。對于表面振動均方速度級，實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比情況如圖5所示。在低頻段，實驗與數(shù)值模擬得到的托板連接雙層殼表面振動均方速度級分布基本一致，相對誤差約為6%。實肋板連接時，低頻段相對誤差約為7%，說明數(shù)值模擬能夠準(zhǔn)確地反映實肋板連接在低頻段的振動特性。舷間流場存在時，低頻段相對誤差約為10%，由于流場的復(fù)雜性，實驗與模擬存在一定偏差，但整體趨勢相符。在中頻段，托板連接的相對誤差約為8%，實肋板連接的相對誤差約為9%，舷間流場存在時的相對誤差約為13%。在高頻段，托板連接的相對誤差約為9%，實肋板連接的相對誤差約為11%，舷間流場存在時的相對誤差約為16%。盡管高頻段誤差有所增加，但實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果在各頻段的分布趨勢基本一致，驗證了數(shù)值模擬方法在預(yù)測雙層殼表面振動均方速度級方面的準(zhǔn)確性。通過對輻射聲功率和表面振動均方速度級等參數(shù)的實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，可以得出結(jié)論：數(shù)值模擬方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響，為進(jìn)一步研究雙層殼的聲輻射特性提供了可靠的手段。同時，實驗結(jié)果也為數(shù)值模擬方法的驗證和改進(jìn)提供了重要依據(jù)，有助于提高數(shù)值模擬的精度和可靠性。圖4：實驗與數(shù)值模擬輻射聲功率對比圖5：實驗與數(shù)值模擬表面振動均方速度級對比六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究通過理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，深入探究了殼間連接介質(zhì)對雙層殼聲輻射性能的影響，取得了一系列具有重要理論和實踐價值的成果。在理論分析方面，基于Fltigge殼體方程和聲-流體-結(jié)構(gòu)耦合理論，建立了考慮殼間連接介質(zhì)的雙層殼振動和聲輻射理論模型。通過合理的假設(shè)和簡化，如將托板簡化為拉壓桿件、實肋板簡化為梁單元、舷間流場假設(shè)為不可壓縮理想流體等，推導(dǎo)了雙層殼的振動和聲輻射方程。該模型準(zhǔn)確地描述了雙層殼在機(jī)械動載荷激勵下的振動特性以及與周圍流體介質(zhì)的相互作用，為后續(xù)的研究提供了堅實的理論基礎(chǔ)。通過對不同連接介質(zhì)影響機(jī)制的分析，揭示了托板、實肋板和舷間流場在振動傳遞和聲輻射過程中的獨特作用。托板的剛度對振動傳遞起到關(guān)鍵作用，剛度較大時能高效傳遞振動能量，但也可能導(dǎo)致振動放大；剛度較小時則可緩沖振動能量，但可能影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實肋板在周向、軸向和徑向方向上都對雙層殼的振動和聲輻射產(chǎn)生重要影響，其剛度和質(zhì)量分布會改變結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)和聲輻射特性。舷間流場的“短路”作用為振動能量提供了額外傳遞路徑，可能加劇外層殼體振動；其流體負(fù)載效應(yīng)中的附加質(zhì)量會降低雙層殼振動頻率，附加阻尼則可消耗振動能量，抑制聲輻射，特別是在高頻段效果明顯。數(shù)值模擬采用ANSYS和SYSNOISE軟件，結(jié)合有限元法和邊界元法，對不同連接介質(zhì)下雙層殼的聲輻射性能進(jìn)行了全面分析。模擬結(jié)果清晰地展示了不同連接介質(zhì)對雙層殼輻射聲功率、表面振動均方速度級和輻射效率的影響規(guī)律。在低頻段，托板連接時雙層殼的輻射聲功率和輻射效率相對較低，表面振