船体单筋板结构弯曲波计算分析方法研究
摘要
减振降噪是国内外舰船研发的重点工作之一。不仅在军事领域，舰船的低频线谱
噪声对其声隐身性能造成了不利影响，在商用船舶领域，船舶水下辐射噪声尤其是低
频噪声对海洋生物带来了诸多不利影响。船体结构中，机械设备产生的振动通过基座
传递到板架结构，引起板架结构的振动响应，并以弹性波的形式在板架结构中沿船
宽、船长以及型深方向传播，这本质是一个波动力学的问题。船体结构中“波”或
“振动能量流”决定着波向辐射噪声的转化，探究弹性波在结构中的传播途径与衰减
特征，能真正揭示舰船结构振动形成的机制并指导结构声学设计，对于构造优良的
“基因”，设计优良的船体结构形式具有重要意义。故本文以降低水面舰船的低频线谱
噪声为背景，从开放体系弯曲波传递机理和封闭体系中振动响应形成机理两个角度开
展船体典型结构中弯曲波传播机理研究。
本文首先基于波函数方法与波传播方法，针对梁和平板等舰船典型构件，求解了
Bernoulli-Euler梁模型与Kirchhoff板模型在点谐力作用下的波动解，并建立了梁结构的
能量流模型，为之后单筋板中弯曲波传播机理的分析奠定了理论基础。
在开放体系弯曲波传递机理研究方面，本文从船体单筋板结构中弯曲波的传播特
性出发，研究垂向入射波作用于加强筋上时，弯曲波在单筋板中的动态传播过程。根
据筋与板上弯曲波传播速度和波长的差异，明确了弯曲波在板架中的传播过程并发现
了弯曲波在加强筋上传播过程中会与板之间发生能量分配现象。之后，通过数值与理
论相结合的方法，验证了能量分配理论的正确性并分析了激励频率、加强筋截面尺寸
及板厚度对能量分配系数的影响。
基于无限大单筋板结构中板对加强筋中振动能量的耗散作用，建立了计算加强筋
的等效计算模型。基于弯曲波位移传递函数相同的等效原则，将平板等效成复刚度的
弹性基础。建立了等效模型的能量流模型并计算能量密度衰减系数，与能量分配系数
进行对比分析。随后，开展了加强筋、板结构参数以及激励频率对等效模型中弯曲振
动能量密度与弯曲波携带功率流的影响研究。
之后，本文基于前文对船体单筋板结构中弯曲波的传播机理研究，推导了无限大
单筋板结构中直接波动场的波动解表达式。考虑弯曲波在筋中传播的距离以及筋上不
同位置振动的幅值与相位差，将加强筋看作一列垂直入射的弯曲波，叠加得到无限大
单筋板结构中板的直接波动场的振动响应。
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
在封闭体系弯曲波计算分析方法的研究方面，本文探究了有限长梁结构中振动形
成的机理，成功的将波动分析思想应用于振动分析，揭示了振动形成的机理。本文考
虑边界处弯曲波的多重反射，根据能量耗散速度确定弯曲波在边界反射的次数n，推导
了每次反射形成的反射波表达式，最终叠加n次反射产生的反射波得到反射总波，反射
总波与入射波叠加得到有限结构的振动响应。
关键词：船体单筋板结构；弯曲波传播机理；波函数法；波传播方法；能量流方法
船体单筋板结构弯曲波计算分析方法研究
Abstract
Vibrationandnoisereductionisoneofkeyjobsinshipresearchanddevelopmentathome
andabroad.Thenegativeimpactoflow-frequencylinespectrumnoiseonashipsacoustic
stealthperformanceisnotlimitedtothemilitaryfield,butextendstocommercialshipswhere
ithasadverseeffectsonmarineorganisms,especiallywithrespecttounderwaterradiatednoise,
especiallylow-frequencynoise.Mechanicalequipment-generatedvibrationstransmitted
throughthebaset