基于动刚度功率流法的组合板结构振动特性分析

本文采用动刚度功率法,计入面内振动和面外振动,分析了组合板结构的振动特性。首先采用动刚度法研究了L型板在均匀激励下的位移空间分布及频率响应,并与有限元结果进行了对比验证。然后,以双层底结构为例,采用动刚度功率流法分析了不同激励条件下其振动响应及功率流。结果表明,动刚度功率流法可以清晰地给出复杂结构内的功率流信息,对于研究复杂板架结构的动力学特性、振动传递及波形转换等的力学机理有重要参考价值。     

基于空间谐波分析的典型加筋板结构声振特性

[目的]单向周期加筋板在船舶结构中应用广泛,开展其声振特性理论研究可为加筋板的声振特性分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑骨材对板的力和扭矩作用,以及流体声介质与板的耦合作用,分别建立无限大单、双周期加筋板的结构动力学模型;然后,通过傅里叶变换将空间域转换到波数域,应用构造函数、泊松公式及周期函数的性质推导加筋结构的振动方程,得到力激励和声波激励下加筋板振动位移的解析解,并利用稳相法给出加筋板的远场声压表达式;最后,通过具体算例讨论骨材扭矩、激励类型、激励位置、板厚、骨材参数等因素对周期加筋板结构声振特性的影响规律。[结果]骨材扭矩对加筋板声振特性的影响较小;对于周期加筋结构,可以利用骨材参数对声子晶体带隙的影响,衰减某些频率的振动;激励加载在强构件处可有效减弱振动;骨材的间距、尺寸等参数对声振特性的影响较为明显。[结论]对激励及骨材参数的合理设置,可以有效优化加筋板结构的水下声振特性。     

中厚耦合板结构的振动特性分析

基于Mindlin板理论,采用改进傅立叶级数的方法对任意弹性边界条件和耦合条件下的耦合板进行了振动分析。为建立通用的结构模型,在耦合板结构的耦合边上均匀布置六种类型线性约束弹簧模拟耦合条件,在非耦合边上布置五种类型的线性约束弹簧模拟边界条件。耦合板结构的弯曲振动位移函数和面内振动位移函数表示为标准的二维傅立叶余弦级数和辅助级数的线性组合,通过辅助级数的引入,解决了位移导数在边界不连续的问题。利用Hamilton原理建立求解方程,推导出中厚耦合板结构的振动控制方程的矩阵表达式,通过求解矩阵方程可以得到耦合板结构的固有频率和响应。通过数值仿真分析计算,并与有限元结果和实验进行比较,验证了该方法的准确性。     

肋板与流体的耦合对水下双壳体声辐射的影响

以水下双层圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量、附加阻尼算法,计算各工况下分别忽略和考虑层间实肋板与内域流体耦合作用这2种情况下结构的振动与声辐射,并从均方法向速度级和辐射声功率级这2个方面分析讨论壳间肋板与内域流体耦合作用对水中双层圆柱壳振动与声辐射的影响。结果表明：壳间肋板与流体耦合作用对水下双层圆柱壳振动与声辐射影响很小。壳间肋板数量越多,厚度越薄,内壳半径越小,肋板与内域流体的耦合作用对结构的振动与声辐射的影响则越小。     

V型夹层板声学结构优化设计研究

基于有限元方法对V型夹层板结构的水下声辐射性能进行了数值模拟研究。在保证结构质量不变的前提下,改变夹芯层单元尺寸,进行声学性能分析,寻找最优尺寸,得出如下结论:在低频段,V型夹层板的辐射声压随单元边长的增加而增加,随单元厚度的增加先减小再增大;在高频段,结构的辐射声压随边长和厚度的增大都减小;单元角度的变化对V型夹层板水下声辐射影响不大,但从整个频段上来说,存在一个最优的夹角使其声学性能最好。该研究对V型夹层板的声学优化设计具有一定的参考价值。     

双层板填充液体结构的抗压性能研究

为了提高双层板结构的抗压性能,提出一种双层板填充液体结构,采用简化理论法和有限元法对双层板填充液体结构进行抗压性能分析,并与双层板加筋结构进行比较,结果表明,双层板填充液体结构的抗压性能高于双层板加筋结构,并且对下层板的压力传递系数会随着液体体积模量的增大而逐渐增大;随着液体体积模量K的增加,上、下层板最大弯曲应力向相反的方向变化,且液体体积模量K在(180~300)×102 MPa范围内取值时,对上、下板的承压状态较为有利;双层板加筋结构承压时会出现较大的应力集中现象,不利于结构的承压,而双层板填充液体结构液体受压均匀变形,增加了下层板结构的材料利用率,从而提高整体结构的抗压性能;考虑到结构的规模和经济性,采用材料利用率这一指标进行衡量,当填充液体厚度在150~250 mm范围内取值时,能有效提高整体结构的抗压性能。     

浮力材料和橡胶格栅夹层板振动响应试验对比研究

[目的]为探究芯材对格栅夹层板振动的影响规律,[方法]以格栅夹层板为研究对象,通过试验对比浮力材料格栅夹层板和橡胶格栅夹层板在不同状态下的振动响应差异,重点分析芯材对两型板抑振效果的影响。[结果]结果表明,空气中浮力材料格栅夹层板在中低频段(0～1 000 Hz)内的振动响应较低,橡胶格栅夹层板在高频段(1 000～3 000 Hz)内的振动响应较低;水中由于附加质量及附加阻尼效应的影响,夹层板体质量和芯材阻尼因素对板振动响应的影响程度被弱化,夹层结构的整体及板格局部弯曲刚度成为主导性影响因素,浮力材料格栅夹层板在全频段(0～3 000 Hz)内的振动响应均低于橡胶格栅夹层板的。[结论]为降低振动响应,格栅夹层板芯材的刚度应接近格栅的刚度;此外,芯材密度越小,阻尼越低,格栅夹层板在空气中和水中的振动响应差异就越大。     

梁结构耦合点的振动功率传播

本文详细讨论了多根梁耦合点的振动功率传播特性.耦合点采用刚体质量来模拟.采用波动分析法研究纵向波或弯曲波入射半无限梁结构耦合点的传播.首先根据耦合点的平衡条件和连续条件,得到了波动方程中的幅值.然后建立了波动幅值和振动功率之间的关系,并得到振动功率反射和传播系数.反射和传播系数确定为振动频率和耦台角度的函数.算例计算了二叉梁的反射系数和传播系数,分析了耦合角度和振动频率以及是否计及耦合点质量对反射系数和传播系数的影响,得到了一些有价值的结论,对于振动控制和结构优化设计具有重要的意义.     

舱壁对圆柱壳振动声辐射影响研究

文章研究了加舱壁构成的多舱段圆柱壳的振动声辐射特性。壳体振动基于薄壳控制方程,舱壁振动分别考虑相互独立的面内伸缩与面外弯曲振动,建立用阻抗矩阵表示的壳体振动和辐射声功率解。通过数值计算研究舱壁对共振声辐射的影响,讨论舱壁个数、厚度及激励力位置对辐射声功率的作用,并分析舱壁作用机理。针对舱段长度与壳体直径之比在1.5到2.0之间的情况,计算结果表明,舱壁附加机械阻抗的作用导致壳体模态频率向低频移动,但基本不改变低频共振辐射的状态。多道舱壁在高频段降低壳体的均方振速,增加辐射效率,但对辐射声功率影响较小。激励力位置对低频共振辐射产生较大影响,特别是谷值变化可能高达10dB。舱壁的作用主要由其伸缩振动引起,因为伸缩振动产生的径向力的声激励效率最高。     

Vibration transmission characteristics of composite laminate joints based on power flow北大核心CSCD

[目的]为了研究复合材料层合板连接节点的振动传递特性,提出一种采用有限元功率流法并结合功率流可视化技术的分析方法。[方法]首先,验证用有限元实体单元功率流描述板壳振动的有效性;然后,引入功率流传递率评价指标,提出有限元模型功率流传递率的计算方法,并以导纳功率流法计算结果为参照来验证其有效性;最后,建立嵌入式连接和螺钉连接这2种复合材料层合板的连接模型,计算其功率流传递率曲线和典型功率流矢量图。[结果]对比验证结果表明,2种连接模型的振动传递路径和功率流传递率存在明显差异。[结论]有限元功率流法直观反映了连接结构的振动传递能力及振动能量传递路径,可为复合材料结构设计提供参考。     

基于动刚度法的水面船舶桨-轴-船体耦合系统

为分析在低频段内船体两侧螺旋桨激励相位差对船体振动的影响,基于动刚度法建立水面船舶桨-轴-船体耦合系统的横向振动3梁耦合模型。将动刚度法的计算结果与有限元法进行对比,表明动刚度法具有良好的精度。分析桨-轴-船体耦合系统的垂向固有振动特性。在低频段内该系统主要表现为船体梁的振动,推进轴系对船体梁的固有特性影响较小。对左右双桨分别施加不同相位差的单位垂向简谐力,计算由各轴承位置输入至船体梁的功率流。结果表明,双桨激励相位差的增大会使输入至船体梁的功率流变小。因此,在对桨-轴-船体耦合系统的横向振动控制方面,应重点关注双桨激励相位差较大时的工况。     

管路弯头流致振动的影响因素分析

[目的]弯头是管路系统的重要构件,在管路运行时弯头因受到流体激励而产生振动,是管路系统总体振动的主要因素之一。为了更好地理解管路弯头流致振动产生的机理,[方法]通过有限元数值计算和实验相结合的方法,针对弯头直径、曲率半径和弯曲角度等参数,开展弯头在湍流作用下的流致振动研究,以得到不同曲率半径、弯曲角度的弯头在不同管内流速下对流体脉动压强、结构振动响应的影响规律。[结果]结果表明:曲率半径和流速对弯头结构振动响应的影响明显,因此在管路系统声学设计中应高度重视。[结论]研究结果可为管路系统声学设计时的弯头结构布置提供参考和依据。     

流场中功能梯度材料圆柱壳的频散特性

文章基于Love壳体理论和Helmholtz波动方程推导了内外流场作用下功能梯度材料圆柱壳流固耦合振动方程。研究了流场作用下功能梯度壳内传播波的频散特性,并与各向同性圆柱壳进行比较。研究表明：在以拉伸和扭转运动为主的频段上,功能梯度壳体的材料特性改变对各支传播波相速度的影响较大,且扭转运动对应频段所受的影响大于拉伸运动对应的频段,而对弯曲波相速度的影响较小。该文可为水下航行器新型复合材料壳体的波动特性研究提供参考。     

流场中变截面加筋柱壳结构声振特性分析

基于传递矩阵法给出了流场中变截面加筋柱壳结构在受集中力和声压作用下振动与声辐射的求解过程,并在确定模态截断算法有效性的基础上开展对结构振动特性的研究,分析了环板-圆柱壳加筋柱壳结构的损耗因子、流体介质、壳体厚度、环肋数目对其声振特性的影响。结果表明,流体介质的存在使结构振动减小,辐射声压增加;损耗因子增加,振动和辐射声压在中高频段降低;壳体厚度增大,壳体的振动响应减小,低频段辐射声压降低,高频段辐射声压交叉波动;环肋数目增加,结构振动减小,在中高频段,辐射声压降低。     

流场中变截面加筋柱壳结构声振特性分析

基于传递矩阵法给出了流场中变截面加筋柱壳结构在受集中力和声压作用下振动与声辐射的求解过程,并在确定模态截断算法有效性的基础上开展对结构振动特性的研究,分析了环板-圆柱壳加筋柱壳结构的损耗因子、流体介质、壳体厚度、环肋数目对其声振特性的影响.结果表明,流体介质的存在使结构振动减小,辐射声压增加;损耗因子增加,振动和辐射声压在中高频段降低;壳体厚度增大,壳体的振动响应减小,低频段辐射声压降低,高频段辐射声压交叉波动;环肋数目增加,结构振动减小,在中高频段,辐射声压降低.     

整舱浮筏全频段能量传递数值分析研究

主要研究在宽频带外力的激励下,整舱浮筏隔振系统在全频段范围内的功率流.在计算整舱浮筏隔振系统全频段的功率流时,在低频段采用有限元方法,高频段采用统计能量法,得到整舱浮筏隔振系统全频段范围(10～8000 Hz)的功率流理论计算结果.并对2种方法重叠频段的部分计算结果进行了对比,重叠频段部分整舱浮筏隔振系统振动响应和功率流计算得到的曲线变化趋势基本一致.     

湍流激励下简支平板振动特性的解析法研究

解析法基于随机激励理论,采用湍流脉动压力的Corcos模型作为输入,结合考虑流固耦合时平板的频响函数,求解得到平板振动速度的自功率谱密度。计算结果同已有文献吻合较好,证明了解析法的正确性。同时研究结果表明：湍流激励下平板的振动特性体现了平板本身的固有特性;随着来流速度的增大,平板振速的均方谱密度幅值按一定的数值关系增大。     

内部含基座的加筋双层壳振动与声辐射计算

研究内部含基座的加筋双层壳振动声辐射问题.壳体的振动方程用Flügge壳体理论描述,壳体与基座结构通过接触面上离散的节点耦合,基座对壳体的振动传递力用有限元方法计算,然后将其引入壳体振动方程,最后求解双壳体声-流体-结构耦合方程,计算结果用辐射声功率和表面振动均方速度级的形式表示.结果表明:基座降低了壳体的振动及声辐射,增加基座面板厚度以及基座长度均能有效降低壳体的辐射噪声,这对水下结构的减振降噪设计具有重要的指导意义.     

有限长双层加肋圆柱壳体的声辐射特性

考虑双层壳间环形实肋板之间的耦合作用,以及壳间水层、实肋板与内外壳体的耦合作用,建立了有限长双层加肋圆柱壳体的振动声辐射模型,数值分析激励力作用位置、肋板数目等对声辐射性能的影响.     

双层加筋板水下声振耦合特性研究

文章以双层加筋板为对象,分别采用传统的结构有限元耦合声学边界元(FEM/BEM)方法和结构有限元/声学自动匹配层(FEM/AML)直接声振耦合计算方法,计算了结构水下辐射噪声,并对两种方法进行对比分析,验证了FEM/AML直接声振耦合算法的准确性及高效性。在此基础上,采用FEM/AML直接声振耦合计算方法研究了双层加筋板结构单面触水的声振耦合特性,分析了载荷位置、载荷的性质,双层板的板厚、筋板的厚度以及布置方式等结构参数对辐射噪声的影响。