复合材料圆柱壳声目标强度数值分析
复合材料声衬声阻抗性能测试试验研究
Vol.60No.2工程与试验ENGINEERING&TEST Jun.2020复合材料声衬声阻抗性能测试试验研究黄太誉，高翔(中国飞机强度研究所第三十二研究室，陕西西安710065)摘要：声衬是降低发动机噪声的重要组件。
为探索复合材料在声衬上的应用，本文基于Helmholtz原理，采用树脂基复合材料，针对某特定工况设计制备了微穿孔板蜂窝夹层结构声衬，并开展了相应的试验研究。
研究结果表明，按照当前树脂基复合材料良好的加工性能和制备工艺，该声衬能够较好地满足结构参数和声学性能的设计要求。
关键词：树脂基复合材料;声衬;声阻抗中图分类号：V216.5+4文献标识码:A doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2020.02.012Experimental Study on Acoustic Impedance of Composite Acoustic LinerHuang Taiyu,Gao Xiang(The32nd Research of China Aircraft Strength Research Institute,Xi an710065,Shaanxi,China)Abstract:Acoustic liner an important component to reduce engine noise.In order to explore the application of composite materials to the acoustic liner,based on the Helmholtz principle,the acoustic liner of micro perforated plate honeycomb sandwich structure is designed and prepared,and the corresponding test research is carried out.The results show that according to the good processing performance and preparation process of resin matrix composite,it can meet the design requirements of structural parameters and acoustic properties.Keywords:resin matrix composite；acoustic liner；acoustic impedance1引言喷气式发动机问世伊始，在噪声传递路径中铺设声衬一直是最主要的噪声控制手段口⑵。
复合材料层合圆柱壳的振动特性
复合材料层合圆柱壳的振动特性谭安全;刘敬喜;李天匀;朱翔【摘要】文章基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳的振动特性进行了研究.通过比较,文中计算方法所得的结果与文献比较吻合.运用该方法,讨论了简支、固支和自由等边界条件,轴向模态和铺层角度对圆柱壳振动特性的影响.分析表明,在低阶周向模态时,边界条件和轴向模态的影响更大.%Based on the Love theory, the vibrational characteristics of laminated composite cylindrical shell are studied. The obtained results were evaluated with those in the literature and both are in agreement. With this method, the influences of boundary conditions, axial modes and fiber angles on the vibrational charac-teristics of cylindrical shell are investigated. It is concluded that the influences of boundary conditions and axial modes can be seen to be more significant at small circumferential modes than at large circumferential modes.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2017(021)008【总页数】6页(P1035-1040)【关键词】复合材料圆柱壳;振动;边界条件;周向模态【作者】谭安全;刘敬喜;李天匀;朱翔【作者单位】中国船级社重庆分社,重庆 401121;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉 430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉 430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】O343复合材料因其自身的高比强度、比刚度和减振性能好等优点，现已广泛应用于各工程领域中。
复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析
图１
轴压载荷下复合材料圆柱壳结构的屈曲模态
Ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｈｅｌｌ ｕｎｄｅｒ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｏａｄ
究，而试验研究主要是针对小型试件或部分柱壳结
构［１ １４］，对于带口盖的复合材料圆柱壳结构的力学
２
Ｆｉｇ．１
性能还需进一步研究。本文中以某型导弹弹体舱段 结构为原型，对轴压载荷作用下复合材料圆柱壳结 构进行试验研究与数值计算，得到圆柱壳结构的屈 曲载荷和屈曲变形。在圆柱壳结构上开口并加装口 盖，计算了开口大小以及复合材料圆柱壳的铺层方 式对圆柱壳结构屈曲载荷的影响。分析了完整、带 开口和带口盖的圆柱壳结构的失稳模态，得到了３ 种结构的屈曲特性。
２６８ ５
ｋＮ（即有限元分析的屈曲载荷的６０％）时，按
ｋＮ／ｍｉｎ载荷级别进行加载，直至达到理论载荷的
８０％，即３５４ ｋＮ时，将加载级别改为１ ｋＮ／ｍｉｎ，
继续进行试验，直至试件破坏。 复合材料圆柱壳结构破坏位置发生在圆柱壳结 构中部偏上部位，与有限元分析结果大致相同，如 图３所示，可以看出破坏位置处的变形复杂。 根据试验测得结构的屈曲载荷和各测量点的变 形情况，选择具有代表性的测量点的载荷一应变曲 线，对结构变形情况进行讨论： 结构的上下端部（１切面和７切面），各测量点 的载荷应变形状大致相同。图４给出了１切面左
ＣＯＶｅｒ
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ｏｎ
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ｗａｓ
ｉｎｓｔａｌｌｅｄ
ｔｏ
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ
碳纤维复合材料圆筒周向强度分析
Science &Technology Vision科技视界高速旋转时碳纤维复合材料圆筒的受力比较简单,主要承受周向应力,因而周向强度要保证其复合材料层不失效,并且有一定的安全裕度,同时圆筒的周向模量要保证其径向变形也要在合理的控制范围,以减小由于泊松效应而引起的轴向缩短。
因此,对圆筒周向强度进行有效的分析和可靠的评价,确定圆筒周向强度能否满足设计安全系数要求就显得尤为重要和必要。
然而碳纤维复合材料非均质、各向异性的特点对于解析计算的影响显而易见,不连续性和不均匀性对强度的影响又很大,同时由于碳纤维复合材料圆筒周向强度较高,高速旋转时,允许产生较大的变形,这又会导致非线性大挠度弯曲问题。
本文以碳纤维复合材料圆筒为研究对象,应用宏观复合材料力学经典层合板失效解析计算方法,并利用有限元软件对其极限载荷和极限强度进行了计算分析。
之后,通过内压爆破试验方法进行了检验。
1复合材料力学分析和强度理论碳纤维复合材料圆筒采用连续纤维湿法缠绕工艺成型。
增强纤维通过导轮进入树脂胶槽浸胶,然后在张力的控制下缠绕在芯模上,再经过固化、脱模、切割等工艺过程完成圆筒的成型[1]。
复合材料层由环向缠绕层和螺旋缠绕层组成。
环向缠绕层保证圆筒的周向强度和周向刚度,螺旋缠绕层(角度层)则主要提供圆筒的轴向强度和轴向刚度。
复合材料不仅是一种材料,它更是一种结构。
从固体力学的角度,可将其分为3个结构层次[2-3],“一次结构”“二次结构”和“三次结构”。
一次结构是指由树脂基体和增强纤维材料复合而成的单层材料,其力学性能取决于组分材料的力学性能、界面的性能以及各相材料的分布、比例、含量等;二次结构是指由单层材料层组合而成的层和材料,其力学性能取决于单层材料的力学性能及铺层方式,如各单层材料的铺层方向、铺层顺序和铺层厚度等;三次结构即产品结构,其力学性能不仅取决于层和体的力学性能,还与其结构几何密切相关。
复合材料层合结构的分析必须首先对各单层的强度做分析。
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水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究
水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究徐步青;杨绍普;齐月芹【摘要】研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题.从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式.通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率.为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法.%Sound radiation from a submerged functionally gradient material cylindrical shell excited by har monic point radial force is considered. Based on the vibration equation of finite FGM cylindrical shell, the ex pression of mean radial quadratic velocity and sound radiation efficiency by modal analysis method have been de rived on the condition that it is excited by a radial harmonic point force. Finally, the relationships between mean radial quadratic velocity and frequency, between radiated sound power and frequency, and between radiation ef ficiency and frequency are numerical solved under various gradient index of FGM cylindrical shell.【期刊名称】《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(024)003【总页数】6页(P44-49)【关键词】声辐射;功能梯度材料;圆柱壳;梯度指数;有限长【作者】徐步青;杨绍普;齐月芹【作者单位】石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄 050043;河北省交通安全与控制重点实验室,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄050043;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TU3180 引言功能梯度材料( Functionally Graded Material，简称FGM) 是由一种全新的设计概念而开发的新型功能材料。
敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究
敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究俞白兮;李凯;张峰;司马灿【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2024(28)2【摘要】单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题:其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。
本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。
研究结果表明:加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。
声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。
【总页数】15页(P294-308)【作者】俞白兮;李凯;张峰;司马灿【作者单位】中国船舶科学研究中心;深海技术科学太湖实验室【正文语种】中文【中图分类】TB53【相关文献】1.加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计2.部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳声辐射计算方法研究3.多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究4.加肋圆柱壳舱段水下声辐射试验研究5.声激励下圆柱壳敷设多孔吸声材料声辐射特性及计算方法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纤维缠绕复合材料圆柱壳振动性能影响研究
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分析研究 ＡｎａｌｙｔｉｃＳｔｕｄｙ
０ 引言
维增强 树 脂 基 复 合 材 料 以 其 较 高 的 比 强 度、 比刚度，可设计性强，抗疲劳性能好等优点得到 了迅速发展和应用［１］，材料的比强度越高，制作 同一零件的自重越小，材料的比模量越高，零件 的刚性越大［２］，复合材料圆柱壳要求结构既要有 足够的强度性能，又要有足够的刚度性能。目前， 对纤维缠绕复合材料圆柱壳的研究已经做了大量 研究工作，但是主要偏重于火箭固体发动机［３］的 结构方面以及压力容器缠绕角度、厚度、强度设 计研究［４－６］。
为保证专用机械安全升速以及在特定载荷下 长期稳定运行，对复合材料圆柱壳的缠绕制度提 出了特 殊 要 求，需 要 有 环 向 缠 绕 来 承 担 特 定 载 荷，还要有沿圆柱壳轴向成一定角度的螺旋缠绕 来提供轴向刚度，以保证结构有足够高的一阶弯 曲频率，避免发生共振。因此复合材料圆柱壳振 动性能 的 分 析 对 其 结 构 的 合 理 设 计 是 十 分 重 要的。
关键词：复合材料；圆柱壳；有限元；振动 中图分类号：ＴＢ３３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９８１５（２０１９）０３－００３７－０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＶｉｂｒａｔｉｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＦｉｂｅｒＷｉｎｄｉｎｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＳｈｅｌｌ
多激励作用下单、双层圆柱壳声振的分析
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在_____年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪论1.1 课题的提出随着舰艇的不断发展，其隐身性能越来越受到重视。
声波是传递信息的重要载体之一，而水声则是水下传递信息最有效的方法。
由于舰艇长期在水下作业，探测舰艇的方位等主要依靠各种水声探测设备(声纳)。
降低舰艇辐射噪声的本领可以使主动声纳对舰艇的探测距离降低，此外，降低舰艇的自噪声可以提高其自身水声设备的观测距离，因此，抑制舰艇产生水下噪声是提高所载水声设备功能和提高其声隐性的关键。
噪声对舰艇具有如此重大的影响，降噪技术就显得尤为重要。
总之，为了避免被探测以及提高自身探测能力，舰艇需要尽力降低自噪声，与此同时为了艇上人员工作与生活的舒适度，也需要尽量降低舰艇的自噪声。
经研究分析可知舰艇水中辐射的噪声主要分为三大类：结构噪声、螺旋桨噪声和流噪声；其中在结构噪声中，由舰艇的动力装置运转引起的船体结构振动，并由艇体外壳向水中辐射的噪声是最主要的来源之一。
在船舶低速航行时，结构噪声是船体总辐射噪声级的主要成分，约占70%左右，因此降低艇体的结构噪声至关重要。
Ansys复合材料结构分析操作指导书
Ansys复合材料结构分析操作指导书Ansys10.0 复合材料结构分析操作指导书第⼀章概述复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在⼀起⽽形成的⼀种多相固体材料，具有很⾼的⽐刚度和⽐强度（刚度和强度与密度的⽐值），因⽽应⽤相当⼴泛，其应⽤即涉及航空、航天等⾼科技领域，也包括游艇、风电叶⽚等诸多民⽤领域。
由于复合材料结构复杂，材料性质特殊，对其结构进⾏分析需要借助数值模拟的⽅法，众多数值模拟软件中Ansys是个不错的选择。
Ansys软件由美国ANSYS公司开发，是⽬前世界上唯⼀⼀款通过ISO9001质量体系认证的分析设计软件，有着近40年的发展历史，经过多次升级和收购其它CAE(Computer Aided Engineering )软件，⽬前已经发展成集结构⼒学、流体⼒学、电磁学、声学和热学分析于⼀体的⼤型通⽤有限元分析软件，是⼀款不可多得的⼯程分析软件。
Ansys在做复合材料结构分析⽅⾯也有不俗的表现，此书将介绍如何使⽤该款软件进⾏复合材料结构分析。
在开始之前有以下⼏点需要说明，希望⼤家能对有限元法有⼤体的认识，以及Ansys软件有哪些改进，最后给出⼀些学习Ansys软件的建议。
1、有限元分析⽅法应⽤简介有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是建⽴在严格数学分析理论上的⼀种数值分析⽅法。
该⽅法的基本思想是离散化模型，将求解⽬标离散成有限个单元(Element)，并在每个单元上指定有限个节点(Node)，单元通过节点相连构成整个有限元模型，⽤该模型代替实际结构进⾏结构分析。
在对结构离散后，要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Ansys中称之为DOF(Degree Of Freedom)，试想⼀下，节点的位移包括沿x,y,z轴的平动和转动，也就是节点的⾃由度)，节点位移通过求解⼀系列代数⽅程组得到，在求得节点位移后，利⽤节点位移和应⼒、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应⼒、应变，应⽤线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应⼒、应变等信息。
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复合材料圆柱壳声目标强度数值分析裴秋秋;朱锡;张焱冰;仝博;周艳秋【摘要】In order to study the acoustic scattering characteristics of composite cylindrical shell, the simulation analysis of underwater composite cylindrical shell under the condition of air backing was established to investigate layer angle, fiber layer and shell thickness ratioon the intensity of the acoustic target, which was based on the finite element method and combined with AML technology. Results show that the ply angle of cylindrical shell has great effect on the intensity of the acoustic target at low and intermediate frequency. The influence of the ply angle on the intensity of the acoustic target converges at high frequency. Fiber layer has little effect on the intensity of the acoustic target. Within a certain range, the smaller the shell thickness ratio, the smaller the intensity of the acoustic target.%为研究复合材料圆柱壳的声散射特性，本文基于有限元法，并结合AML技术，计算并分析水下空气背衬条件下复合材料圆柱壳铺层角度、纤维层数和壳厚比对复合材料圆柱壳声目标强度（ TS）的影响规律。
结果表明：低中频时，圆柱壳铺层角度对TS影响较大；高频时，铺层角度对TS影响趋于一致；纤维层层数对TS影响不大；一定范围内，壳厚比越小，声目标强度值越小。
【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】5页(P23-27)【关键词】合材料圆柱壳;有限元法;AML技术;声目标强度【作者】裴秋秋;朱锡;张焱冰;仝博;周艳秋【作者单位】海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033;海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033;海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033;海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033;骆驼集团股份有限公司，湖北襄樊441100【正文语种】中文【中图分类】TB535复合材料结构集承载与吸声功能于一体，并且具有振动阻尼性能好、浮性高、磁信号低、容易成型等优点，目前应用于许多领域，例如飞机机舱、潜艇和汽车制造等。
将新型复合材料用于潜艇壳体的制造，可以实现潜艇隐身技术和综合性能的跨越式发展。
虽然潜艇隐身技术已经取得很大进步，但国外从未停止过对新型潜艇声隐身技术的探索与研究，近期提出并开展了一些非传统的隐身技术及概念研究［1］。
潜艇声隐身研究可转化为复合材料圆柱壳声隐身研究，通过降低声目标强度，使潜艇不易被敌方声呐探测。
过去几十年，许多研究人员致力于研究复合材料结构的声学特性。
石勇［2］运用传递矩阵法研究了三明治夹芯板材结构的声学性能，结果表明，表层越薄，夹层结构的声反射越小，吸声系数越大；王华玉［3］对表面敷设粘弹性吸声材料的物体目标强度进行研究，并以单壳体和双壳体圆柱壳模型为例，对表面敷设均匀吸声层和含腔吸声层不同情况下进行仿真计算；张玉玲［4］研究了敷设吸声材料复杂目标的目标强度计算方法，并利用板块元法计算复杂目标敷设吸声层前后的目标强度，结果表明，低频 1～30 kHz 时，吸声效果不明显，随着频率增大，敷设吸声材料后的目标强度降低值越大；邱力莹［5］运用面向对象有限元法研究了水声吸声覆盖层的声学特性，通过改变吸声材料的物理参数，分析了吸声材料厚度、密度、杨氏模量、泊松比和损耗因子对声反射特性的影响，并计算了无空腔均匀层吸声覆盖层的声反射系数；Seyyed［6 - 7］运用传递矩阵法研究了水下 FGM 圆柱壳声散射问题，并分析了材料参数对 FGM 圆柱壳形态函数的影响。
大量研究人员着重研究复合材料板材结构或敷设消声瓦的圆柱壳及 FGM 圆柱壳的声学性能，但是复合材料圆柱壳的声散射问题的研究较少，本文着重于铺层角度、纤维层数及壳厚比对复合材料圆柱壳的声目标强度影响规律研究，并进行理论分析与对比，为复合材料圆柱壳的设计提供一定的依据。
数值方法在 20 世纪 80 年代得到了广泛应用，边界元法［8］是对边界采用有限的概念，减少空间维数，使计算机内存的占用和运算时间均减少，但只能给出边界上的量值，无法深入到物体内部，只要结构发生更改，就必须对边界作修改。
在水声领域应用最广泛的是有限元法，对单元结构、流体和界面进行网格离散，考虑流体介质对吸声结构的影响，在流固边界设置耦合单元，并采用AML自动匹配声辐射边界条件技术研究研究吸声结构的平面声波散射问题。
AML 技术是在 PML 技术上发展的是新型仿真方法，根据给定的声学有限元辐射边界，自动地根据物理模型定义吸收层和吸声边界条件。
不仅提高了计算精度，而且降低了工作计算量，提高了计算速度。
AML 方法能够根据给定的计算频率自动生成并调整PML 层，提高了低频和高频计算精度。
1.1 数值分析原理声学数值计算方法可以分为声学有限元法、声学边界元法、声线法和统计能量法等。
有限元法可应用于以任何微分方程描述的各类物理场中，其在声学方程求解上发展了很多年，根据波动方程，使用有限元法将其离散后，并根据相应的边界条件即可求出声场。
针对固-固边界，应用法向、切向应力分别连续、各方向的质点位移连续；针对固-流边界，应用固体中的法相应力与水中声压大小相等、符号相反，固体与流体中法向质点位移连续、切向应力和位移均为 0；针对固–空界面，其界面近似为自由界面，则法向和切向应力均为 0。
声学波动方程［8］为:式中：P 为权函数；V 为计算域。
根据~高斯理论，由式（2）知将式（3）进行有限元网格离散，并整理得到数值形式的方程组式中：Wa稀疏矩阵；Fi为边界条件。
在给定边界条件下，对稀疏矩阵求逆即可算出声场。
运用 AML 技术，根据给定的平面波，自动地根据圆柱结构定义吸收层和吸声边界条件，即可求得散射声场。
1.2 仿真计算模型本文研究的模型是复合材料圆柱壳体，数值仿真铺层角度、纤维层数及壳厚比对复合材料圆柱壳体的影响规律。
复合材料圆柱壳长为 0.6 m，半径为 0.08 m，采用Shell 进行建模，网格类型为 S4R；水域采用体单元进行建模，网格类型为C3D8R，单元总数为 5 818。
圆柱壳两端为钢结构，圆柱壳壳体结构材料为各向异性材料，材料参数如表 1 所示。
铺层角度为纤维层主方向 1 与圆柱壳轴方向的角度，圆柱壳轴方向转向纤维层主方向 1 逆时针为正。
2.1 铺层角度对声目标强度的影响规律许多研究人员调查研究了铺层角度对纤维增强结构失效机理的影响。
对于纤维增强圆柱耐压薄壳结构［9 - 10］，环向应力与轴向应力2∶1 时，争对结构的失效模式，铺层角度55° 为最优解；Rosenow［10］运用层合板理论分析铺层角度为15° ～85° 对管道结构应力、应变的影响，并与实验进行对比，结果表明，针对结构失稳模态，环向应力与轴向应力2∶1 时，铺层角度55° 最好，没有轴向应力时，铺层角度75° 为最优解。
同样，铺层角度对纤维缠绕结构的声学特性也有一定的影响。
研究铺层角度，既可满足结构不失稳条件，又满足结构的声学特性。
复合材料圆柱壳壳体结构材料为正交各向异性材料，产生的散射波分为刚性散射波和弹性散射波，刚性散射波与几何形状有关，弹性散射与材料参数（弹性模量、密度、泊松比和损耗因子等）有关。
随着铺层角度不同，产生的纵波和横波波速发生变化，导致产生的散射声场不一样，声目标强度值不同。
复合材料圆柱壳厚度为 5 mm，仿真计算的频率范围为 1 ～15 kHz，保证壳厚度不变，改变铺层角度，铺层角度分别为0°，（±30°）8，（±55°）8，（±80°）8，分别研究圆柱壳在正入射和斜入射（入射角为30°，60°）下的声学特性。
2.1.1 正入射时铺层角度对声目标强度的影响图 1 为正入射下铺层角度对复合材料圆柱壳的 TS的影响规律，由图 3 知，正入射下，低频时（1 ～2.5 k），铺层角度为0° 时 TS 值较低；中频时（2.5 ～8 k），除了个别频率点，铺层角度为（±30°）8时 TS值较低；高频时 8 ～ 15 k，随着频率增大，铺层角度对TS 的影响不大，且铺层角度为（±30°）8，（±55°）8时TS 值最大值较小。
对于均质圆柱壳，低频时的 TS值明显低于中高频下的 TS 值，由图 1 知，铺层角度为0° 时 TS 变化规律与均质圆柱壳类似，铺层角度为±30°，±55°，±80°时，低频下的 TS 值明显高于中高频下的情况。
2.1.2 斜入射下铺层角度对声目标强度的影响图 2 为入射角为30° 时铺层角度对复合材料圆柱壳 TS 的影响规律，图 3 为入射角为60° 时铺层角度对复合材料圆柱壳 TS 的影响规律。
由图 2 知，入射角为30° 时，低频角度为（±30°）8时 TS 值最大值最小，约为–25 dB；频率为 6 ～ 15 k 时，角度为（±55°）8时TS 值最小。
由图 3 知，入射角为30° 时，低频时（1 ～2 k），铺层角度为0° 时 TS 值较低；频率为 2 ～ 7 k时，铺层角度为（±30°）8时 TS 值最大值最小，约为–33 dB；频率为 8 ～ 15 k 时，铺层角度为± 30°，± 55°，± 80° 时，其 TS 随频率的变化基本吻合。