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吸声覆盖层是指敷设在水下航行器表面具有吸声作用的一种功能性材料和结构。它能够有效提高水下航行器的吸声性能和降低航行器的本体辐射噪声。水下航行器壳体结构对吸声覆盖层的吸声性能影响显著。对吸声覆盖层和壳体结构整体进行数值计算,能为覆盖层的设计提供参考。 本文首次使用有限元方法计算了加肋钢板背衬条件下覆盖层三维模型的吸声性能。吸声覆盖层与钢板背衬组成的平面多层结构往往具有周期性,根据布洛赫定理,可以取整体结构的一个周期单元进行建模分析。首先用商用有限元软件ANSYS对周期单元划分网格,得到的单元与节点数据导入自编的有限元程序中实现吸声性能的计算。计算结果表明,带空腔的吸声覆盖层敷设在钢板背衬上会引起吸声峰向低频偏移,加肋钢板背衬则会使吸声峰进一步偏移。结合基于等效均匀覆盖层的阻抗转移法分析,吸声峰向低频偏移的主要原因在于钢板与肋板的质量作用。 针对加肋钢板背衬条件下覆盖层三维模型最小周期单元尺寸大,计算耗时的问题,本文以有限元方法为基础,提出了一种与等效介质法相结合的简化计算方法。首先用有限元法计算含一个空腔的覆盖层单元的声反射系数随频率变化曲线。根据反射系数计算得到覆盖层的输入阻抗,拟合出覆盖层的等效声速。再根据等效密度、等效声速等参数,构造等效均匀覆盖层敷设在带肋钢板背衬上的计算模型,采用较疏的网格计算该模型的吸声系数曲线。本文的算例采用这种简化计算方法,能将计算时间减少至原来的三十分之一。这对加肋单层钢板背衬或更复杂的背衬条件下吸声覆盖层的参数优化研究有着重要的意义。 此外,本文还分别对单层和双层钢板背衬覆盖层结构吸声性能进行了研究,分析了各结构参数和材料参数对吸声性能的影响。