应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构。它的局域共振型平板结构设置在水下航行器中；所述局域共振型平板结构由四边简支平板和局域共振元胞组成；四边简支平板上沿x方向布置Q

【技术实现步骤摘要】
应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构


[0001]本技术涉及低频振动与噪声控制，更具体地说它是局域共振型平板结构，更具体地说它是应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构。

技术介绍

[0002]水下航行器在航行的过程中不可避免的会产生振动与噪声，强烈的振动与噪声会影响航行器的声隐身性能，进而降低其生存能力，结构辐射噪声是航行器噪声研究领域的重要分支，而其中低频噪声具有传播距离远，穿透力强等特点，因而成为航行器被探测的主要声学特征。平板结构是水下航行器中最常用的基础构件之一，抑制平板结构的低频振动与低频辐射噪声对提升水下航行器声隐身性能具有重要意义。
[0003]传统的水下航行器的平板结构的振动控制方式主要包括消振、隔振、结构修改、阻振和吸振，但是受到水下航行器空间的限制，传统振动控制方式均难以实现小尺寸、低频段的减振降噪。
[0004]因此，开发一种适用于水下航行器的小尺寸、低频段的减振降噪结构很有必要。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是为了提供一种应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构，实现小尺寸、低频段的减振降噪，更加适用于水下航行器的实际需求。
[0006]为了实现上述目的，本技术的技术方案为：应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构，其特征在于：局域共振型平板结构设置在水下航行器中；所述局域共振型平板结构由四边简支平板和局域共振元胞组成；
[0007]四边简支平板上沿x方向布置Q
x
个局域共振元胞，沿y方向均匀布置Q
y
个局域共振元胞，每个局域共振元胞中包含单个或者多个不同的动力吸振器；(相当于在平板结构上布置了若干个相同的局域共振元胞，而局域共振元胞中又包含多个不同的动力吸振器(动力吸振器的不同主要体现在固有频率以及阻尼不同)；
[0008]局域共振元胞包含单个或者多个动力吸振器；在平板x和y方向上的动力吸振器总数分别记为M和N；
[0009]每个动力吸振均由阻尼、弹簧和附加质量构成；阻尼和弹簧并联固连在四边简支平板和附加质量之间；
[0010]动力吸振器为悬臂梁式吸振器。
[0011]在上述技术方案中，四边简支平板的长度L
x
＝1.1m、宽度L
y
＝0.9m、厚度h＝0.003m，密度ρ＝2700kg
·
m
‑3、杨氏模量E＝7
×
10
10
Pa、泊松比υ＝0.3。
[0012]在上述技术方案中，局域共振元胞选自单振子元胞、双振子元胞和四振子元胞。
[0013]本技术具有如下优点：
[0014](1)局域共振机理的提出为水下航行器的低频振动与噪声控制提供了新的设计思路，局域共振结构是一种特殊的人工周期结构，具有低频带隙特性，能够在带隙对应的频率
范围内有效抑制结构的振动与噪声；本技术所涉及的应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构可以实现小尺寸、低频段的减振降噪，更加适用于水下航行器的实际需求，弥补了传统振动控制方式存在的不足；
[0015](2)通过对本技术所述的应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构进行声振特性的分析研究表明，在平板表面布置局域共振元胞不仅可以对整个目标频段的低频振动与噪声产生有利影响，还能够产生多个减振带隙可对多个激振频率下的平板低频振动与噪声进行有效控制；
[0016](3)本技术所述关于应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构不同于局域共振领域研究的无限大边界，而是基于水下航行器中的有限大四边简支平板结构，改变了边界条件并利用模态叠加法和谐波平衡法导出了其耦合振动方程；
[0017](4)本技术结构简单，便于加工、安装和后期维护，降低了应用成本，可为水下航行器的低频减振降噪设计提供参考。
[0018]本技术中的动力吸振器可由悬臂梁式吸振器实现，具有小尺寸、低固有频率的特点，动力吸振器的固有频率决定了减振频带的位置，因此局域共振型平板结构可以实现对低频段振动与噪声的控制；
[0019]本技术在平板表面布置若干局域共振元胞，每个局域共振元胞中包含若干不同的动力吸振器，在平板结构受到激励产生振动时，动力吸振器的反共振作用会抑制平板的振动，进而在动力吸振器固有频率附近产生减振带隙，局域共振元胞中多个不同的动力吸振器所产生的减振频带相互叠加能够拓宽带隙。
附图说明
[0020]图1为本技术中的局域共振平板结构声振模型图。
[0021]图2为本技术中的解析解与有限元解对比图。
[0022]图3为本技术中的振子固有频率比对平板振动特性的影响图。
[0023]图4为本技术中的振子固有频率比对平板声辐射特性的影响图。
[0024]图5为本技术中的振子阻尼比对平板振动特性的影响图。
[0025]图6为本技术中的振子阻尼比对平板声辐射特性的影响图。
[0026]图7为本技术中的元胞种类对平板振动特性的影响图。
[0027]图8为本技术中的元胞种类对平板声辐射特性的影响图。
[0028]图9为本技术中的优化前后空气中平板表面平均振速级图。
[0029]图10为本技术中优化前后空气中平板辐射声功率级图。
[0030]图11为本技术中的阻尼、弹簧、附加质量的连接结构示意图。
[0031]图中1
‑
四边简支平板，2
‑
局域共振元胞，2.1
‑
动力吸振器，2.11
‑ꢀ
阻尼，2.12
‑
弹簧，2.13
‑
附加质量。
[0032]图1中的F0表示作用在平板上坐标(x0,y0)处简谐激振力；图1 中的x、y、z分别为笛卡尔直角坐标系中的x坐标、y坐标、z坐标。
具体实施方式
[0033]下面结合附图详细说明本技术的实施情况，但它们并不构成对本技术的
限定，仅作举例而已。同时通过说明使本技术的优点更加清楚和容易理解。
[0034]本技术针对水下航行器的低频振动与噪声控制，以其中常用的基体结构(板结构)为研究对象，将局域共振机理应用其中，水下航行器的巡航噪声是以辐射噪声为主，而辐射噪声中低频噪声难以控制，并且穿透力强传播距离远，成为水下航行器被敌方探测到的主要声学特征，高频噪声的控制方式有很多，传统的振动控制方式基本上也都是针对高频振动与噪声，例如隔振、阻振等等，由于水下航行器中空间的限制，难以实现低频段的减振降噪。在研究的频率范围内，局域共振型平板结构在动力吸振器固有频率附件产生了能够抑制其低频振动与噪声的频带(即局域共振型平板结构在目标频段能够产生抑制其低频振动与噪声的频带，且频带的频率位置与局域共振元胞2 中动力吸振器的固有频率对应)；随动力吸振器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于水下航行器低频减振降噪的局域共振型平板结构，其特征在于：局域共振型平板结构设置在水下航行器中；所述局域共振型平板结构由四边简支平板(1)和局域共振元胞(2)组成；四边简支平板(1)上沿x方向布置Q
x
个局域共振元胞(2)，沿y方向均匀布置Q
y
个局域共振元胞(2)；局域共振元胞(2)包含单个或者多个动力吸振器(2.1)；在平板x和y方向上的动力吸振器(2.1)总数分别记为M和N；动力吸振器(2.1)由阻尼(2.11)、弹簧(2.12)和附加质量(2.13)构成；阻尼(2.11)和弹簧(2.12)并联固连在四边简支平板(1)和附加质量(2....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彭，周奇郑，骆子寅，王佳蓓，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：新型
国别省市：