含损伤加筋结构流固耦合动力特性与声辐射特性研究

采用有限元／边界元（FEM／BEM）方法对于水下典型加筋板结构的动力特性以及声辐射特性进行研究。首先将损伤的概念引入有限元,并用边界元法得到流体附加质量项,然后求解损伤结构动力特性,进而求出损伤结构在一定频率范围激励下的辐射声功率以及辐射指向性。     

圆柱壳结构模型水下辐射声功率测量方法研究

利用柱形封闭包络面测量圆柱壳结构模型的辐射声功率,不同包络面测量得到的辐射声功率的最大偏差约为2dB左右.分析了测点数量与测量结果的关系,如果声场测点选取可表征整个声场分布,其测量精度在接受的范围内,且提高了数据处理效率.模型受激振动产生的水下辐射声场分布比较均匀,可选取较少测点进行测量.     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR?TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明：当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面.为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态.计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著.因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响.     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面。为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态。计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著。因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响。     

船舶水下结构噪声数值计算方法研究概况

本文回顾了舰船水下结构噪声数值计算方面的发展,阐述了应用不同的方法和措施计算水下结构辐射噪声的特点和现状,为进一步研究船舶水下结构辐射噪声提供了参考.     

纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响

为研究纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DMAP混合编程处理流体附加质量和附加阻尼,计算在不考虑开孔加强结构的条件下,不同舱壁边缘开孔数量、半径及分布角度的圆柱壳表面均方法向速度级与辐射声功率级频响曲线。结果表明:舱壁边缘开孔分布角度对环肋圆柱壳湿表面均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值影响很小,但对两声学衡量指标的峰值数影响明显;边缘开孔数量、半径对两声学衡量指标的分贝值影响明显,且对峰值数影响显著。因此,在设计潜艇舱壁结构时,需合理设置边缘开孔参数。     

焊接缺陷对环肋圆柱壳水下辐射噪声的影响

为了研究焊接缺陷对水下结构振动辐射噪声的影响,以出现焊接缺陷的环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元法计算了结构在不同的焊接缺陷大小、缺陷对应中心角度、含缺陷肋骨的位置以及含缺陷的肋骨数量时的水下辐射噪声,得到不同工况下结构振动声辐射噪声的频率响应曲线,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析。结果表明,焊接缺陷的大小、对应中心角度、含缺陷肋骨的位置以及含缺陷肋骨的数量对结构的模态和水下辐射噪声指向性均有一定的影响。但总体上,靠近舱壁的肋骨出现焊接缺陷时对结构的辐射噪声影响较小。在实际工程应用中,可以根据焊接缺陷的大小、对应中心角度、缺陷肋骨位置以及缺陷肋骨数量综合分析缺陷对整个结构声学特性的影响。结论对分析潜艇辐射噪声测量结果有一定的参考价值。     

水下冲击波作用下结构损伤的数值预报误差分析

准确模拟结构在水下爆炸冲击波作用下的损伤是水下爆炸数值仿真中的难点,有必要研究数值预报误差及其产生的原因。采用ABAQUS提供的声固耦合方法,研究方板模型水下爆炸数值计算的误差。将几何模型划分为3个不同的有限元模型,分析了网格大小对计算结果的影响,以及声固耦合方法的计算误差。通过方板模型仿真、实验室水池试验和方板实船水下爆炸实验结果的比对分析表明：数值计算结果与实验值间的误差约在30%以内。总波和散波两种流固耦合计算方法的误差及其产生原因分析表明明总波计算公式存在夸大空化对结构影响的可能。     

基于灰色理论的水下双层壳体振动与声辐射统计能量分析

本文采用统计能量分析对一双层圆柱壳体在水下的流固耦合振动和声辐射进行分析计算.首先对各系统的模态参数采用理论方法计算,与实验结果对比表明,误差较大.为此,本文提出用灰色理论预测各子系统模态参数,通过计算结果与实验结果进行对比,表明提出的方法可行,可以显著降低计算误差,为水下结构振动和声辐射计算提供了一个新思路.     

圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性比较

单层加筋圆锥壳和圆柱壳是舰艇结构中最常见的结构,其噪声的辐射也受到广泛关注.本文以有限元法和边界元法为基础,在中、低频段研究比较了水中单层加筋圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性.对于相同尺寸的圆锥壳和圆柱壳而言,圆锥壳前10阶模态占主导时的频率f0高于圆柱壳的f0,并且辐射效率随着阶数的衰减要比圆柱壳的衰减快;圆锥壳的辐射效率总体高于圆柱壳的辐射效率;圆锥壳和圆柱壳的声辐射模态振速分布有着相同的规律,为振动噪声的主动控制提供了一些参考.     

水下结构物低频振动相关性及声辐射特性分析

振动相关性普遍存在于水下结构物低频总振动中.本文基于有限元／边界元理论给出了水下结构物低频振动模型及求解方法,讨论了舷间、舷外附连水以及大型机组基座、舱内铺板、设备等近低频振动特性的影响.在此基础上,研究了推进器通过轴系纵向激励引起结构的低频弯曲振动与纵向振动的相关性,并进行声辐射计算分析.研究结果对理解推进器交变力作...     

流场中环肋圆柱壳的自由振动特性研究

采用能量法分析了流场中环肋圆柱壳的自由振动问题,讨论肋骨布置型式、流场压力对环肋圆柱壳自由振动频率的影响,给出了附加质量和振动波数之间的关系曲线.     

夹层圆柱壳结构的应力与总稳定性分析

  目的  因对于钛合金耐压夹层圆柱壳这种新型耐压结构研究得较少,其芯层拓扑形式有待优化确认,需开展芯层拓扑优化。  方法  首先,选择一个壁厚较大的无加筋圆柱壳作为分析对象,采用ANSYS轴对称单元计算结构的应力;然后,沿圆柱壳厚度方向划分为上、中、下3个区域,将中部区域的结构设为设计变量,并建立其芯层结构形式的两阶段拓扑优化数学模型;最后,基于Matlab建立遗传算法主控程序,针对无加筋圆柱壳芯层的布置,分别仅沿轴向、轴向与径向布置形式两个阶段进行拓扑优化,以验证上述耐压夹层圆柱壳加筋形式的合理性。  结果  优化方案芯层拓扑形式为等间距设置,垂直连接内壳和外壳的肋板。  结论  静水压力载荷下的耐压夹层圆柱壳结构是一种合理的耐压结构形式。     

水下双层圆柱壳辐射声场欠定分离评估方法研究

水下双层加筋圆柱壳振动和辐射声场的评估对其辐射噪声监测和控制具有重要工程意义。文中通过结构振动模态参与因子向量自身的稀疏特性,分析提出了一种基于结构振动的辐射噪声欠定分离评估方法,可实现有限振动测点情况下的水下复杂结构振动和辐射声场的有效评估。数值和试验结果验证了文中方法的有效性,且所需要的振动测点数目少,具有良好的工程适用性。     

简支截顶圆锥壳固有振动特性分析及仿真验证

  目的  为了提高结构第1阶总体弯曲模态频率并降低低频范围纵横加筋圆锥壳尾端处的加速度总级,建立纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计的数学模型。  方法  采用有限元软件ANSYS对纵横加筋圆锥壳进行参数化建模,分析结构的振动模态以及在纵横加筋圆锥壳尾端施加垂直向下单位集中力情况下结构的响应。以Matlab为平台,使用遗传算法和宽容排序法对纵横加筋圆锥壳振动特性进行多目标优化求解。  结果  结果发现随着宽容度以及目标重量的增大,最优方案结构载荷处的加速度总级减小;单目标优化对于同一个目标值可以有多个方案与之对应。  结论  研究结果可为加筋圆锥壳结构声学设计提供参考。     

单/双层水下结构振动声辐射研究

为研究单壳体和双壳体两种典型潜艇结构的振动声辐射特性,本文建立单/双层桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分别计算螺旋桨激励、外部流体激励以及机械激励3种激励源下水下结构的辐射声功率声源级曲线。结果表明:螺旋桨激励下,单层水下结构声辐射略低于双层结构;外部流体和内部机械设备激励下,单层水下结构声辐射明显高于双层结构。     

基于 FEM/BEM 的浸水结构振动及声辐射特性国内研究综述

文章基于有限元（FEM）或有限元结合边界元（FEM/BEM）分析方法,对浸水结构振动及声辐射特性国内公开发表的文献进行梳理,从低频流固耦合的振动特性、弱耦合与强耦合的声辐射特性、直/间接边界元的非唯一性与奇异性等着重流体数值模拟方面,对国内相关研究进行了综述分析,就浸水结构振动及声辐射特性的研究发展动态做出了总结,为相关科研人员研究浸水结构振动特性及声辐射提供了有益参考。     

Design optimization of a torpedo shell structure

An optimized methodology to design a more robust torpedo shell is proposed. The method has taken into account reliability requirements and controllable and uncontrollable factors such as geometry, load, material properties, manufacturing processes, installation, etc. as well as human and environmental factors. The result is a more realistic shell design. Our reliability optimization design model was developed based on sensitivity analysis. Details of the design model are given in this paper. An example of a torpedo shell design based on this model is given and demonstrates that the method produces designs that are more effective and reliable than traditional torpedo shell designs. This method can be used for other torpedo system designs.