汪 玉 錢德進(jìn) 曾令玉 姚熊亮

1海軍裝備研究院 艦船所，北京100073

2哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001

隔聲去耦瓦抗沖擊性能數(shù)值研究

汪 玉1錢德進(jìn)2曾令玉2姚熊亮2

1海軍裝備研究院 艦船所，北京100073

2哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001

在水下結(jié)構(gòu)表面敷設(shè)隔聲去耦材料是應(yīng)用最廣泛也是非常有效的一種提高水下航行器隱身性能的方法。但由于隔聲去耦瓦含有空腔的特殊結(jié)構(gòu)形式，該空腔結(jié)構(gòu)形式在受到爆炸沖擊波時(shí)，腔體將產(chǎn)生變形并吸收能量，這必然會(huì)對(duì)水下航行器的抗沖擊性能產(chǎn)生影響?；谟邢拊?，通過改變敷設(shè)在結(jié)構(gòu)表面的隔聲去耦瓦性能參數(shù)（包括空腔結(jié)構(gòu)形式、空腔尺寸及材料厚度等），采用ABAQUS大型非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件，對(duì)隔聲去耦瓦空腔結(jié)構(gòu)變形與沖擊波能量吸收之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，得到了隔聲去耦覆蓋層空腔結(jié)構(gòu)變形、速度及加速度與沖擊波能量吸收之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，給出兼具抗沖和隔振功能的聲學(xué)覆蓋層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議。結(jié)果表明在聲學(xué)覆蓋層滿足結(jié)構(gòu)減振降噪要求情況下，建議盡量減小聲學(xué)覆蓋層的腔體形狀。

板結(jié)構(gòu)；雙層圓柱殼；隔聲去耦瓦；爆炸沖擊波；抗沖擊性能

1 引言

聲學(xué)覆蓋層技術(shù)是潛艇隱身的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是提高潛艇隱身性能最常見的一種方法，國內(nèi)外學(xué)者均對(duì)其聲學(xué)特性進(jìn)行了大量的研究［1－5］。某型隔聲去耦覆蓋層由多層粘彈吸聲材料層合而成，并在內(nèi)部設(shè)置了空腔結(jié)構(gòu)，在多種因素的共同作用下，具有明顯的減振降噪效果［6］。與此同時(shí)，由于隔聲去耦瓦含有空腔的特殊結(jié)構(gòu)形式，該空腔結(jié)構(gòu)形式在受到爆炸沖擊波時(shí)，腔體將產(chǎn)生變形并吸收能量，這必然會(huì)對(duì)水下航行器的抗沖擊性能產(chǎn)生影響。因此，深入探討隔聲去耦瓦對(duì)水下爆炸沖擊波的吸收作用，開展隔聲去耦瓦對(duì)水下結(jié)構(gòu)沖擊環(huán)境的影響研究，充分評(píng)估敷設(shè)隔聲去耦瓦前后結(jié)構(gòu)的沖擊環(huán)境，找到隔聲去耦瓦對(duì)水下結(jié)構(gòu)沖擊環(huán)境的影響隨去耦瓦性能參數(shù)的變化關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上通過改變空腔幾何形狀等相應(yīng)的性能參數(shù)對(duì)隔聲去耦瓦進(jìn)行優(yōu)化，使其不僅能夠較好地降低結(jié)構(gòu)的輻射噪聲、抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)，還能夠在水下爆炸沖擊波作用下，起到吸收沖擊波能量的作用，進(jìn)而明顯改善水下航行器的沖擊環(huán)境，是迫切需要解決的問題。目前國內(nèi)外對(duì)水下聲學(xué)材料抗沖擊性能的研究報(bào)道還較少。劉建湖［7］采用DAA法對(duì)聲學(xué)材料厚板一維模型在水中沖擊波作用下的動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行研究，初步給出了采用DAA法計(jì)算聲學(xué)材料沖擊特性的計(jì)算方法。

本文首先以某一板為例，研究了敷設(shè)隔聲去耦瓦的板在沖擊波載荷作用下的抗沖性能；由于加筋雙層圓柱殼結(jié)構(gòu)是水下航行器的主要結(jié)構(gòu)形式，所以最后對(duì)敷設(shè)隔聲去耦瓦的雙層圓柱殼的抗沖性能進(jìn)行了討論，這對(duì)于水下結(jié)構(gòu)的抗爆設(shè)計(jì)具有重要的參考意義。

2 計(jì)算理論

2.1 炸藥爆轟過程

在研究爆炸現(xiàn)象時(shí)，需從確定炸藥與其周圍介質(zhì)之間的邊界物理?xiàng)l件出發(fā)，建立狀態(tài)方程式，描述炸藥的爆轟過程。爆轟壓力P和每單位體積內(nèi)能E及相對(duì)體積V的關(guān)系采用JWL（Jones－Wilkins－Lee）［8］狀態(tài)方程加以描述。即：

式中：ω、A、B、R1、R2是輸入?yún)?shù)，適用于各種凝態(tài)炸藥。

為了研究沖擊波在流體中的傳播，必須從力學(xué)基本定律出發(fā)建立理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程。略去熱傳導(dǎo)和粘性的影響，并認(rèn)為流速或內(nèi)能對(duì)時(shí)間連續(xù)。

對(duì)于給定的爆炸，任意一點(diǎn)上的壓力僅與炸藥當(dāng)量有關(guān)，峰值壓力Pm可按指數(shù)規(guī)律近似給出：

式中：W為炸藥當(dāng)量；R為距爆心距離；k、α是常系數(shù)，通常取k＝533，α＝1.13。

2.2 沖擊波波陣面壓力隨時(shí)間變化

沖擊波超壓隨時(shí)間的變化規(guī)律Δp（t）可簡單地用指數(shù)函數(shù)描述［9，10］：

而pm值由公式（2）求得；沖擊波波形隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示。

圖1 沖擊波p（t）曲線

2.3 應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中傳播

應(yīng)力波是一種稀疏波，其在連續(xù)介質(zhì)中的傳播速度為：

其中，E是介質(zhì)材料的彈性模量；ρ是介質(zhì)材料密度；μ為泊松比。對(duì)于船用903鋼E＝2e11 Pa，ρ＝7 800 kg／m3，于是c＝5 064 m／s。由此可見，應(yīng)力波在介質(zhì)中的傳播速度非常高。應(yīng)力波在介質(zhì)中傳播時(shí)，如果遇到空隙、不同的介質(zhì)或邊界，它就會(huì)產(chǎn)生折射和反射，從而產(chǎn)生波與波的聚焦作用，可能產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)，誘發(fā)材料的破損。為了使計(jì)算中不漏掉這樣的危險(xiǎn)點(diǎn)，必須保證每一個(gè)時(shí)間步長內(nèi)應(yīng)力波不會(huì)越過2個(gè)單元。一般認(rèn)為時(shí)間步長Δt滿足：

其中，L為最小網(wǎng)格單元尺寸；c為材料中的聲速，k是小于1的系數(shù)。

3 敷設(shè)隔聲去耦瓦的板結(jié)構(gòu)抗沖擊性能研究

3.1 計(jì)算模型

隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)如圖2～圖3所示，隔聲層材料厚度為B1，吸聲層、阻尼層材料厚度為B2，兩空腔結(jié)構(gòu)上下徑及高度尺寸分別為 d1、d2、d3、d4。圖4給出了板結(jié)構(gòu)的幾何模型以及邊界條件。

由于聲學(xué)覆蓋層結(jié)構(gòu)是由橡膠材料組成的，而橡膠材料在彈性范圍內(nèi)具有高度的非線性，且在大變形時(shí) （通常超過100%）仍保持為彈性，因此，聲學(xué)覆蓋層結(jié)構(gòu)材料的本構(gòu)關(guān)系不能由簡單的線彈塑性模型來描述，對(duì)于橡膠材料，其本構(gòu)關(guān)系應(yīng)由超彈性（hyperelasticity）模型來描述。在水下爆炸等產(chǎn)生高應(yīng)變率現(xiàn)象的數(shù)值試驗(yàn)中，描述鋼材動(dòng)態(tài)特性［11］的材料模型有兩種，本文中鋼板采用Plastic－Kinematic模型，且均采用體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

圖2 隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 隔聲層結(jié)構(gòu)幾何圖

圖4 結(jié)構(gòu)幾何模型

3.2 模型載荷及考核點(diǎn)

圖5給出了爆心與結(jié)構(gòu)剖面相對(duì)位置，圖中示出了：自由表面S0（0壓力邊界）、與流場相連的結(jié)構(gòu)濕表面Ssw、與結(jié)構(gòu)表面相連的流體表面Sfw以及流體邊界Sinf（無反射邊界）。爆炸載荷源點(diǎn)S， S點(diǎn)位于隔聲去耦瓦正下方30 m處，設(shè)定沖擊波傳播過程中最先到達(dá)結(jié)構(gòu)表面的點(diǎn)為A點(diǎn)。ABAQUS分析水下爆炸時(shí)提供兩種方法：散射波公式和總波公式。對(duì)于散射波公式，流體是線性的，忽略了流體的氣穴現(xiàn)象。所謂的氣穴現(xiàn)象就是指沖擊波到達(dá)自由面后，使水面快速上升，并在一定的水域內(nèi)產(chǎn)生很多空泡層，最上層的空泡層最厚，向下逐漸變薄。隨著靜水壓力的增加，超過一定的深度后，便不再產(chǎn)生空泡；對(duì)于總波公式，可以考慮流體的氣穴現(xiàn)象，流場靜壓也可以包括在內(nèi)，如果想得到流場中總的壓力則可以采用總波公式。本文采用的是散射波公式，忽略了流體的氣穴現(xiàn)象和流體靜壓的影響，沒有考慮氣泡效應(yīng)［12］。板結(jié)構(gòu)考核點(diǎn)取在板正中心。

圖5 模型結(jié)構(gòu)與爆心關(guān)系示意圖

3.3 工況描述

由于隔聲去耦瓦材料的物理特性是確定的，故在對(duì)敷設(shè)隔聲去耦瓦的板結(jié)構(gòu)抗沖特性進(jìn)行研究時(shí)，通過改變隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)空腔形狀、空腔尺寸及隔聲去耦層厚度等參數(shù)對(duì)其進(jìn)行研究；隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)及各工況詳見表1，模型具體的計(jì)算工況見表2。（其中B，H，d的含義見圖2）。

表1 隔聲去耦瓦尺寸參數(shù)（cm）

3.4 結(jié)果分析

3.4.1 板結(jié)構(gòu)抗沖性能隨隔聲去耦瓦尺寸變化關(guān)系

首先討論敷設(shè)隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)隨隔聲去耦瓦尺寸的變化關(guān)系，圖6（a）～圖6（c）給出了沖擊波載荷作用下，不敷設(shè)隔聲去耦瓦和敷設(shè)不同厚度隔聲去耦瓦時(shí)結(jié)構(gòu)的加速度、動(dòng)能及內(nèi)能變化關(guān)系。

表2 模型工況表（cm）

圖6 隔聲去耦瓦沖擊性能隨結(jié)構(gòu)尺寸的變化關(guān)系

從圖6可以看出，敷設(shè)不同厚度隔聲去耦瓦時(shí)板結(jié)構(gòu)的加速度、動(dòng)能、內(nèi)能等均不相同。由圖6（a）可以看出，當(dāng)敷設(shè)一定厚度的隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)時(shí)，板中心加速度會(huì)有所提高；但隨著隔聲去耦瓦厚度的增大，板中心加速度變化不大。由圖6（b）～圖6（c）可以看出，敷設(shè)隔聲去耦瓦后鋼板結(jié)構(gòu)的動(dòng)能及內(nèi)能都有較大的提高，隨著隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)厚度的增加，板架結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)能在不斷增加；板架結(jié)構(gòu)的最大動(dòng)能隨隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)厚度的增加有所減小，但相對(duì)于不敷設(shè)隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)仍有較大提高?？梢姳M管板架吸收的能量僅占系統(tǒng)能量的一小部分，但僅此部分能量也較沒有敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)系統(tǒng)吸收的能量偏大，這說明敷設(shè)隔聲去耦瓦后系統(tǒng)從外界吸收的能量有了很大提高。即從能量方面考慮，由于隔聲去耦瓦的存在使得結(jié)構(gòu)變得更加危險(xiǎn)。而從加速度方面考慮，則隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)的存在使得結(jié)構(gòu)考核點(diǎn)的最大值略有減小。

3.4.2 板結(jié)構(gòu)抗沖性能隨隔聲去耦瓦腔形的變化關(guān)系

下面討論板架結(jié)構(gòu)隨隔聲去耦瓦形狀的變化關(guān)系。圖7（a）～圖7（c）給出了沖擊波載荷作用下，不敷設(shè)隔聲去耦瓦和敷設(shè)不同腔形隔聲去耦瓦時(shí)鋼板結(jié)構(gòu)的加速度、動(dòng)能、內(nèi)能變化關(guān)系。

圖7 隔聲去耦瓦沖擊性能隨腔型的變化關(guān)系

由圖7（a）可以看出，不論是否開設(shè)空腔，敷設(shè)隔聲去耦瓦材料后，板架結(jié)構(gòu)的加速度均較不敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)偏大，不開設(shè)空腔時(shí)板結(jié)構(gòu)加速度較開設(shè)空腔時(shí)偏??；從圖中亦可看出，不敷設(shè)隔聲去耦瓦材料時(shí)，板中心加速度曲線隨時(shí)間的衰減較小，敷設(shè)隔聲去耦瓦后板中心加速度、速度、位移曲線隨時(shí)間的衰減較快，這說明隔聲去耦瓦具有良好的阻尼效果。由圖6（b）～圖6（c）可以看出，敷設(shè)隔聲去耦瓦后板結(jié)構(gòu)的動(dòng)能及內(nèi)能都有較大的提高；當(dāng)不開設(shè)空腔結(jié)構(gòu)時(shí)，板結(jié)構(gòu)的內(nèi)能及動(dòng)能較開設(shè)空腔結(jié)構(gòu)時(shí)有所減小，但仍較不敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)的情況偏大。

4 敷設(shè)隔聲去耦瓦的雙層殼抗沖擊性能研究

4.1 計(jì)算模型

隔聲去耦瓦結(jié)構(gòu)模型及圓柱殼結(jié)構(gòu)模型如圖8所示。

圖8 結(jié)構(gòu)幾何模型

4.2 模型載荷及考核點(diǎn)

圖9（a）給出了爆心與結(jié)構(gòu)剖面相對(duì)位置；圖9（b）給出了內(nèi)外殼板考核點(diǎn)的位置。在計(jì)算水下爆炸沖擊波時(shí)，裝藥量為806 kg TNT。

圖9 爆心位置與結(jié)構(gòu)考核點(diǎn)示意圖

4.3 結(jié)果分析

4.3.1 圓柱殼抗沖擊性能隨不同敷設(shè)部位變化規(guī)律

首先討論圓柱殼沖擊特性隨不同敷設(shè)部位的變化規(guī)律。通過對(duì)比圓柱殼內(nèi)殼外表面敷設(shè)、外殼內(nèi)表面敷設(shè)、外殼外表面敷設(shè)以及殼體表面不敷設(shè)隔聲去耦瓦4種情況下殼體的沖擊特性來確定合適的敷設(shè)部位。計(jì)算工況見表3，其中各工況下隔聲去耦瓦厚度均為3 cm，空腔形狀為圓臺(tái)，其高度為2 cm，上表面半徑為0.5 cm，下表面半徑為1 cm。

表3 計(jì)算工況

表4給出了雙層殼結(jié)構(gòu)各計(jì)算工況的詳細(xì)對(duì)比結(jié)果。

表4 模型工況計(jì)算結(jié)果

從表4可以更直觀地看出雙層殼結(jié)構(gòu)最大加速度、速度、位移、最大內(nèi)能及動(dòng)能在敷設(shè)隔聲去耦瓦前后的變化情況?？梢钥闯觯笤O(shè)隔聲去耦瓦后，圓柱殼結(jié)構(gòu)的最大動(dòng)能均有不同程度的減小，其中外殼內(nèi)表面敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)結(jié)構(gòu)的最大動(dòng)能減小最明顯，降幅達(dá)14.8%；內(nèi)殼敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)能有少量增加，但不明顯，外殼內(nèi)表面敷設(shè)時(shí)最大內(nèi)能有明顯的降低，降幅達(dá)20.6%，外殼外表面敷設(shè)時(shí)，殼體最大內(nèi)能也有一定的降低。由此可見，敷設(shè)隔聲去耦瓦后殼體結(jié)構(gòu)的總能量有所降低，且在外殼內(nèi)表面敷設(shè)時(shí)，殼體能量降幅最大，使殼體結(jié)構(gòu)的破壞環(huán)境有所減弱。而從加速度、速度、位移方面考慮，外殼表面敷設(shè)隔聲去耦瓦后圓柱殼結(jié)構(gòu)的沖擊環(huán)境變得更加惡劣，而內(nèi)殼表面敷設(shè)時(shí)，殼體的沖擊環(huán)境變化不大，甚至略有好轉(zhuǎn)。

4.3.2 圓柱殼抗沖擊性能隨去耦瓦厚度變化規(guī)律

通過上一節(jié)分析得到，內(nèi)殼外表面敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)，殼體的抗沖擊性能有較大改善。接下來將研究內(nèi)殼外表面敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)，覆蓋層厚度變化對(duì)殼體的沖擊特性的影響。具體的工況見表5，其中隔聲去耦瓦空腔尺寸及形狀與前一小節(jié)相同。

表6給出了以上各工況下，殼體結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)能、最大動(dòng)能、內(nèi)殼以及外殼的最大加速度值。

表5 計(jì)算工況

表6 模型工況計(jì)算結(jié)果

從表6可以明顯看出，殼體最大動(dòng)能以及內(nèi)殼的最大加速度隨著隔聲去耦瓦厚度的增加呈下降的趨勢(shì)，且當(dāng)覆蓋層厚度為4.5 cm時(shí)，內(nèi)殼加速度降幅達(dá)33.1%；而殼體的最大內(nèi)能隨厚度的變化不太明顯，最大增幅不過0.75%；外殼最大加速度的變化趨勢(shì)較為復(fù)雜，且當(dāng)覆蓋層厚度為3.5 cm時(shí)，外殼加速度降幅最大，達(dá)17.34%。

另外，通過大量的數(shù)值計(jì)算，結(jié)構(gòu)的抗沖性能隨隔聲去耦瓦厚度與殼板厚度比存在如下關(guān)系：假定隔聲去耦瓦的厚度為t1，內(nèi)殼厚度為t2，敷設(shè)隔聲去耦瓦后殼體的最大動(dòng)能為SA，不敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)殼體最大動(dòng)能為Ss，敷設(shè)隔聲去耦瓦后內(nèi)外殼的最大加速度分別為An1和Aw1，不敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)內(nèi)外殼的最大加速度分別為An和Aw，則通過前面大量的計(jì)算分析，SA／Ss、An1／An以及Aw1／Aw與t1／t2分別存在圖10～圖12所示的關(guān)系。

圖10 SA／Ss與t1／t2之間的關(guān)系

圖11 An1／An與t1／t2之間的關(guān)系

圖12 Aw1／Aw與t1／t2之間的關(guān)系

由圖10可以看出，當(dāng)t1／t2較小時(shí)，SA／Ss先隨t1／t2的增大而增長，當(dāng)t1／t2達(dá)到一定程度后，SA／Ss又隨t1／t2迅速遞減，即從能量方面考慮，在殼體表面敷設(shè)隔聲去耦瓦后，殼體結(jié)構(gòu)的動(dòng)能隨著覆蓋層厚度的增加先增大然后減小。由圖11及圖12可以看出，從加速度方面考慮，殼體的加速度變化趨勢(shì)卻不如能量方面規(guī)則，且當(dāng)t1／t2介于1.6和1.8之間時(shí)，內(nèi)殼加速度達(dá)到最小值，而外殼加速度卻接近峰值，可見An1／An與t1／t2之間的關(guān)系曲線同Aw1／Aw與t1／t2之間的關(guān)系曲線呈相反的變化趨勢(shì)，即內(nèi)、外殼的加速度隨覆蓋層厚度變化有相反的變化趨勢(shì)。由此可見，在水下航行器表面敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面的變化，否則將對(duì)水下結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.3.3 圓柱殼抗沖擊性能隨去耦瓦腔形變化規(guī)律

本節(jié)將針對(duì)圓柱殼內(nèi)殼表面敷設(shè)相同厚度隔聲去耦瓦后殼體的抗沖性能隨腔形的變化關(guān)系進(jìn)行分析。具體的計(jì)算工況見表7，其中各工況下隔聲去耦瓦厚度均為3 cm，圓臺(tái)和圓柱形空腔高均為2 cm，圓臺(tái)空腔上表面半徑為0.5 cm，下表面半徑為1 cm，圓柱空腔半徑為1 cm。

為便于分析比較，表8給出了殼體各計(jì)算工況的詳細(xì)對(duì)比結(jié)果。

表7 計(jì)算工況

表8 模型工況計(jì)算結(jié)果

從表8可以更明顯地看出殼體的抗沖性能隨隔聲去耦瓦空腔形狀的變化關(guān)系，可以看出：殼體的最大動(dòng)能以及內(nèi)外殼的最大加速度隨空腔體積的增大呈增加的趨勢(shì)，但變化的幅度很??；而殼體的最大內(nèi)能較不敷設(shè)時(shí)幾乎無變化，最大增幅不過0.76%。

5結(jié) 論

本文研究了敷設(shè)隔聲去耦瓦板以及雙層加筋圓柱殼的抗沖性能，可以得到以下結(jié)論：

1）板結(jié)構(gòu)加速度、鋼板結(jié)構(gòu)的內(nèi)能、動(dòng)能先隨聲學(xué)覆蓋層厚度的增大而增大；當(dāng)聲學(xué)覆蓋層厚度超過一定厚度后，板結(jié)構(gòu)加速度、內(nèi)能、動(dòng)能又有所減小，但板結(jié)構(gòu)的加速度隨聲學(xué)覆蓋層厚度的增大變化不大；

2）敷設(shè)同樣厚度的聲學(xué)覆蓋層時(shí)，腔形對(duì)板結(jié)構(gòu)的抗沖性能有較大影響：空腔越大，板架結(jié)構(gòu)的內(nèi)能、動(dòng)能越大；空腔越小，板架結(jié)構(gòu)的內(nèi)能、動(dòng)能越?。徊婚_設(shè)空腔時(shí)，板架結(jié)構(gòu)的內(nèi)能、動(dòng)能最小。隔聲去耦瓦在滿足結(jié)構(gòu)減振降噪要求情況下，建議盡量減小隔聲去耦瓦的腔體形狀；

3）綜合考慮加速度、速度、位移及能量，可以得出：在內(nèi)殼外表面敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能較其他敷設(shè)部位好；

4）殼體表面敷設(shè)不同厚度的隔聲去耦瓦后，從能量以及加速度方面考慮，殼體的沖擊特性則遵循一定的曲線關(guān)系。內(nèi)、外殼的加速度隨覆蓋層厚度變化有相反的變化趨勢(shì)，在水下航行器表面敷設(shè)隔聲去耦瓦時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面的變化，否則將對(duì)水下結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

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Numerical Study on the Anti-shock Capability of Acoustic Insulated and Decoupled Tiles

Wang Yu1Qian De－jin2Zeng Ling-yu2Yao Xiong－liang2
1 Ship Institute，Navy Equipment Academy，Beijing 100073，China 2 College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China

Covering of acoustic insulated and decoupled tile materials is the widely used and very efficient way to improve the hiding capability of underwater vehicles.However，these tiles have a unique structure with cavity inside which may distort and absorb energies under the impact of explosive shock waves and thus affects the anti-shock performance of underwater vehicles.Based on FEM，by changing the tile parameters（the cavity shape and dimension，the layer thickness，etc.），the relation between tile distortion and the impact energy absorption is investigated by general nonlinear dynamic software package－ABAQUS.As a result，the relation of tile layer distortion，velocity，and acceleration with respect to the energy absorption capability is established.Based on these relations，some suggestions are made to make balance between anti-shock performance and vibration isolating effect in design of the acoustic tile layers.The results show that once the noise and vibration control meet the requirements，the cavity shape of acoustic covering layer should be as minimum as possible.

plate structure；double cylindrical shell；acoustic insulated and decoupled tile；explosive shock wave；anti－shock capability

U661.4

A

1673－3185（2009）03－01－07

2008-12-29

國際科技合作基金資助項(xiàng)目（2007DFR80340）；船舶工業(yè)國防科技預(yù)研基金資助項(xiàng)目（07J 1.5.3）

汪 玉（1964－），男，研究員，博士生導(dǎo)師。研究方向：船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)