水下加肋双层圆柱壳体的振—声传递路径分析

简要介绍了有限元声振耦合和结构振-声传递路径分析(TPA)的基本理论。基于CAE技术建立了TPA模型,通过ANSYS声振耦合的谐响应分析,获得水下双层圆柱壳体振动响应和声场中的声压响应,利用矩阵条件数曲线优选测点位置,并结合奇异值修正的方法改善频响函数矩阵病态问题,求得振源的耦合激励力和振—声频响函数。由自编TPA程序计算得到两个振源作用下目标点的合成噪声响应与ANSYS实际计算吻合很好。利用频谱贡献云图、矢量叠加图及数据对比的方式分析了传递路径对壳外目标点噪声的贡献,从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。可见,基于CAE方法的水下双层圆柱壳体结构振-声TPA方法具有精度高、易操作、成本低等优点,对潜艇的优化设计、运行管理、针对性的维修均具有十分重要的意义。     

基于有限元功率流的L型板振动传递特性

基于有限元功率流理论,对L型板振动传递特性进行研究。对比导纳功率流法计算得到的输入功率和传递功率,两者计算结果吻合得比较好,证明方法是可行、准确的。提出了评价L型板振动传递的指标功率流传递率,从而定量描述L型板通过耦合边传递振动的能力。同时,给出功率流云图,直观得到能量在L型板中流动情况,并将功率流可视化技术应用到复杂的舱段结构中。本文处理方法对工程实际中复杂结构具有一定的通用性,可以为结构振动控制设计阶段提供一定的帮助。     

基于舰船振动信号激励下压电智能梁振动主动控制

为研究舰船结构振动主动控制有效方法,采用线性二次型独立模态空间控制法设计控制器,对舰船振动信号激励下压电智能梁的振动进行主动控制。基于Hamilton原理建立压电智能结构的有限元模型,并利用精细积分法计算前3阶模态的位移响应。编制了相应的计算机程序,对舰船振动信号激励下梁结构的振动进行主动控制数值仿真。由仿真结果可见,控制可以有效地实现,为舰船结构振动主动控制提供理论基础。     

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。     

泥浆泵舱顶部甲板的减振研究

以某平台泥浆泵舱顶部甲板为研究对象,利用数值计算与振动测试相结合的方法对其减振方案进行研究。设置2种泥浆泵运行工况,利用振动分析仪测量甲板上表面4个高振动测点的振动速度。利用有限元方法建立顶部甲板模型,通过模态分析和谐响应分析得到顶部甲板的前5阶固有频率和各测点振动速度-转速曲线。振动响应数值计算结果与测试结果吻合,验证数值模型具有一定的可靠性。分析发现顶部甲板的固有频率远离激励频率,结构振动属于强迫振动,这主要是泥浆泵输出管系的管托固定在刚度较弱的顶部甲板纵骨上引起的。甲板振动速度不符合规范的要求,因此提出2种增加刚度的减振措施。通过谐响应分析重新计算测点的振动速度响应,结果满足规范的要求。     

基于传递矩阵法的纵肋圆柱壳振动特性计算

基于传递矩阵法,结合振动微分方程,提出一种计算纵肋圆柱壳自由振动特性的周向传递矩阵法.该方法基于板壳理论和圆柱壳振动控制方程,推导出圆柱壳周向传递的场传递矩阵和纵肋处的点传递矩阵,结合圆柱壳边界条件,得到频率方程,利用精细时程积分法原理,可保证计算的精度.将计算结果与有限元解进行比较,验证方法的有效性,同时比较传递矩阵...     

基于有限元的功率流计算及隔振系统优化设计技术研究

振动功率流法是研究柔性结构动态特性的有效手段,导纳功率流分析法是目前的主要研究方法,由于只能得到极少数简单结构的解析导纳,对于复杂的结构导纳功率流分析法束手无策.有限元动态分析可以解决绝大多数结构的振动问题,目前大多数有限元动态分析主要集中于模态分析、位移响应分析等.本文从有限元动力方程推导出发,给出了节点频域复数力的表达式,进而给出基于有限元动力分析的功率流计算方法.对一个单梁隔振系统进行理论计算和有限元计算对比,验证了该方法的准确性.最后,基于该方法对隔振器参数和振源布置位置寻优,得到最优参数使传递到基础的振动能量最小.这种方法对大型结构动态设计具有借鉴意义,可应用到工程实际中.     

基座垫片安装工艺参数对柴油机振动传递特性的影响

研究垫片安装工艺参数(垫片厚度和接触面积)对柴油机振动传递特性的影响。建立基座垫片安装的有限元模型,利用ABAQUS软件对不同垫片厚度和不同垫片接触面积条件下振动特性进行仿真计算。通过试验对仿真结果进行验证,试验得到机脚处的加速度响应值与仿真结果基本一致,能有效地为设备减振安装提供参考意见。     

泥浆泵舱顶部甲板减振研究

以某平台泥浆泵舱顶部甲板为研究对象，利用数值计算和振动测试结合的方法对其减振方案进行研究。设置两种泥浆泵运行工况，利用振动分析仪测量甲板上表面8个高振动测点的振动速度。利用有限元方法建立顶部甲板模型，通过模态分析和谐响应分析得到顶部甲板的前五阶固有频率和各测点振动速度-转速曲线。振动响应数值计算结果和测试结果吻合，验证数值模型可靠性。分析发现顶部甲板固有频率远离激励频率，结构振动属于强迫振动，主要由泥浆泵输出管系的管托固定在刚度较弱的顶部甲板纵骨引起。甲板振动速度不符合规范要求，因此提出两种增加刚度的减振措施。通过谐响应分析重新计算测点的振动速度响应，结果满足规范要求。研究结果为船体局部结构设计和减振设计提供参考。     

基于传递矩阵法的船舶推进轴振动特性研究

船舶在航行过程中,通过推进轴系实现船舶发动与推进器之间的能量传递,并通过螺旋桨产生的推动力推动船舶行进。本文利用传递矩阵法进行船舶推进轴振动特性研究,首先利用传递矩阵法计算了船舶推进轴自由振动的计算,然后在此基础上利用扩展的传递矩阵法获得了推进轴强迫振动计算,得到整个系统的累积传递矩阵。最后进行仿真实验来说明本文算法的有效性。     

复杂轴承支撑结构动力学特性的有限元方法研究

复杂轴承支撑结构由多个子结构组合而成,从而形成多个接触面.研究表明,这些接触面的存在对结构的动力学特性有着显著地影响,其对振动信号的衰减与反射是振动信号提取过程中的一个难题.针对这个问题,建立轴承支撑结构的有限元模型,利用Ansys Workbench对结构进行模态计算和传递函数的计算,采用与整体结构对比研究的方法,考虑螺栓预紧力的变化对结构振动特性的影响,分析结构受冲击载荷激励时响应的特点.结果表明,随预紧力的增大,各阶模态呈增大趋势,螺栓结构对高频信号的衰减作用更加明显,轴承故障信号在复杂传递路径中难以有效的传递.     

复杂轴承支撑结构动力学特性的有限元方法研究

复杂轴承支撑结构由多个子结构组合而成,从而形成多个接触面。研究表明,这些接触面的存在对结构的动力学特性有着显著地影响,其对振动信号的衰减与反射是振动信号提取过程中的一个难题。针对这个问题,建立轴承支撑结构的有限元模型,利用Ansys Workbench对结构进行模态计算和传递函数的计算,采用与整体结构对比研究的方法,考虑螺栓预紧力的变化对结构振动特性的影响,分析结构受冲击载荷激励时响应的特点。结果表明,随预紧力的增大,各阶模态呈增大趋势,螺栓结构对高频信号的衰减作用更加明显,轴承故障信号在复杂传递路径中难以有效的传递。     

水下单层圆柱壳振动声辐射预报的测点布置改进方法

为解决水下单层圆柱壳结构振动声辐射预报中的测点布置问题,本文提出一种测点布置改进方法——均匀子集随机选取测点方法。该方法将所有待选测点分成相互独立的均匀子集,然后从各个子集中随机选取一个测点,再通过目标函数对每组测点进行评价,从而选择出好的测点组合。通过与均匀布置方法得到的振动声辐射预报结果对比表明,本文提出的均匀子集随机选取测点方法不仅保证较高的振动声辐射预报精度,且避免均匀布置方法中测点选择的主观性和盲目性,是一种优秀的测点布置方法。     

水下单层圆柱壳振动声辐射预报的测点布置改进方法

为解决水下单层圆柱壳结构振动声辐射预报中的测点布置问题,本文提出一种测点布置改进方法—均匀子集随机选取测点方法。该方法将所有待选测点分成相互独立的均匀子集,然后从各个子集中随机选取一个测点,再通过目标函数对每组测点进行评价,从而选择出好的测点组合。通过与均匀布置方法得到的振动声辐射预报结果对比表明,本文提出的均匀子集随机选取测点方法不仅保证较高的振动声辐射预报精度,且避免均匀布置方法中测点选择的主观性和盲目性,是一种优秀的测点布置方法。     

海洋平台主机舱振动建模仿真分析及试验研究

为了优化结构整体减振性能,以某海洋平台主机舱为研究对象,利用典型运行工况下平台的振动试验实测数据对主机舱柴发机组引起的结构振动传递进行仿真分析,建立不同的主机舱振动计算模型,比较不同边界条件、不同隔振器刚度对计算结果的影响,提出适用于工程实用的较为精确的主机舱整体有限元仿真模型。通过计算推进器40%功率状态和航行状态2种典型运行工况下主机激励经由机脚、隔振器传递到平台基座的振动传递,并与实船测试结果进行比较,验证了有限元分析模型的合理性和精确性,计算结果可靠,具有较高的工程价值,为后续海洋平台主机舱隔振优化设计提供参考。     

基于IWO算法的轴系-基座-壳体系统声辐射优化研究

螺旋桨推进轴系与壳体耦合振动和声辐射一直是重点研究问题之一,由于轴系-基座-壳体结构复杂,对于激振力引起的结构表面声辐射尚未形成一套有效的计算和优化方法。针对该问题,本文尝试通过功率流有限元和声学边界元方法,对系统声优化问题进行研究。在直线校中状态下,用相应单元模拟系统中减振器、隔振器和吸振器,建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,利用有限元转子动力学,计算系统某特定工况下频率响应。在此基础上采用IWO算法,以各减振单元参数为设计变量,以传递路径的总功率流为目标函数进行优化,最后利用声学边界元方法对优化结果进行对比分析。结果表明,将流经路径总功率流替代场点声压为目标函数,不仅能将问题简化,大大减少计算量,还能为系统减振降噪提供有效的优化计算方法,具有重要工程应用价值。     

管路阀组结构制造工艺参数的振动特性影响

选取实船液压管路的阀组单元为研究对象,利用有限元软件Ansys建立阀组结构模型,计算阀组单元结构在不同频率载荷激励下的振动响应频谱阀,分析安装间距、阀架阀臂长度、斜撑位置、隔振器安装等制造工艺参数对其声学性能的影响。建立实船、优化以及改进阀组结单元的试验室结构系统,并利用激振器对结构白噪声激励得到仿真计算测点的振动响应频谱,将仿真与试验测试结果的响应频谱进行对比分析。结果表明阀组架臂长对结构振动特性影响较大,相较原始阀组单元加装隔振器的改进阀组单元的结构插入损失高于10 dB,振动特性有明显改善。     

圆形薄板在任意弹性边界条件下的自由振动分析

采用改进的 Fourier-Bessel 级数方法和 Rayleigh-Ritz 法对任意弹性边界条件下的圆形薄板进行自由振动分析。通过将圆板的位移函数表示为 Fourier-Bessel 级数和辅助级数的组合,有效地解决了位移函数在边界处的不连续性问题。最后,应用 Rayleigh-Ritz 法建立了圆板自由振动的矩阵方程,所有振动参数可以通过求解矩阵方程得到。方程特征值对应着圆板振动的固有频率,特征向量对应着圆板振动的振型模态。通过数值仿真计算结果与文献、有限元结果对比,证明了该方法的正确性。     

六自由度振动测量装置的设计及试验验证

采用四个三向加速度计在空间内组成阵列的方法,设计了六自由度振动测量装置。通过刚体运动学理论,推导了六自由度振动测量装置的信号转换矩阵,得到了被测位置沿三个主轴方向的线加速度以及绕三个主轴的角加速度。构建了六自由度振动测量装置的有限元模型,对装置的六自由度振动传递特性进行了数值仿真分析,并验证了信号转换矩阵的正确性。搭建了六自由度振动测量装置的模态试验系统,测试了装置的模态及振型。研究结果表明:六自由度振动测量装置在不高于160 Hz的频率范围内,线加速度测量误差小于1%,角加速度测量误差为10%左右。     

基于TPA的管路振动贡献量分析

针对工程实际中管路振动贡献量难以定量分析的问题,引入传递路径分析法(TPA)。通过测量各路径的频率响应函数、各安装点和评估点的响应以及估算激励力,进行传递路径分析,进而得到设备与管路各自的贡献量。通过用某型海水泵进行实验,验证了该方法的准确性。实验结果表明,在40～200 Hz频段内,采用该方法得到的响应计算值与测量值误差小于3 dB,满足工程实际要求。