双层壳体缩比模型材料阻尼相似研究

祝令国，赵安邦，刘文章，曹清刚，杨宝山

(1. 哈尔滨工程大学 水声学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2. 大连测控技术研究所，辽宁 大连 116013)

0 引 言

对于那些庞大而复杂的水下目标，在实际工作中，受经济条件或客观条件的制约，许多研究工作需要在模型上进行，利用模型比较方便进行相关实验并总结规律，水声模型试验遇到的基本问题是模型和原型之间的相似性问题，对于水下结构振动、声辐射的相似性已开展了较为广泛的研究。文献[1]应用水中有限长圆柱壳体理论，研究了材料损耗对结构噪声相似性的影响。文献[2]采用有限元和边界元以及模态分析理论，提出了声学相似的条件和关系，着重讨论了流体负载对声学相似性的作用。文献[3]根据弹性声散射理论，研究了壳体结构的相似性和壳体厚度畸变补偿。随着模型尺度愈来愈大，研究的深入，模型结构愈来愈复杂，迫切需要进行大尺度复杂模型的材料相似性研究。

本文以水中大尺度双层球壳和柱壳为理论模型，研究了双层壳体模型和原型用同一种材料制作时材料损耗对相似性的影响及不同金属材料的阻尼对目标强度的影响，并通过理论和数值计算，分析了缩比模型材料的阻尼相似性特性。

1 缩比模型材料声学相似

1.1 钢材阻尼对目标强度的影响

目前潜艇的材料一般为钢材，钢材的杨氏模量损耗因子为 1×10−4到 6×10−4，当频率小于20 kHz时，取 ηE为 6×10−4。代入数值分别计算阻尼对水中单层球壳、柱壳、双层球壳和柱壳目标强度的影响，其中单层壳体壳厚比为0.1%，双层壳体的外壳壳厚比为0.1%，内壳壳厚比为0.5%，中间水层厚度为80%，材料的参数如表1所示。……