舰船水下非接触爆炸响应的数值模拟

通过数值模拟研究舰船结构水下非接触爆炸载荷下的响应，以有限元方法建立有限水域中的整船结构的有限元模型，并应用声固耦合算法模拟整船的水下爆炸响应，得到结构的冲击加速度响应和冲击响应谱、瞬态应力／应变分布以及结构易于损坏的部位。     

船舶水下辐射噪声特性研究

本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究.首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流-固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算.然后将有限元模型的外表面处理成边界元模型,并由船舶外表面位移响应计算得到用于水下辐射噪声计算的速度边界条件.最后利用边界元技术对船舶水下辐射噪声特性进行研究.本文预估了仅考虑推进柴油机激励、柴油发电机组激励、齿轮箱激励以及所有激励情况下的船舶水下辐射噪声,并将其数值计算与实际测量结果比较,比较结果符合良好.     

基于无限元法研究阻尼对船舶结构水下声辐射特性影响

船舶结构的水下声辐射问题,可利用无限元方法求解水下无界域声场,以只有4个节点的无限元映射网格代替流场网格,而无需建立流场单元。分析典型圆柱壳体结构的水下声辐射特性,既考虑了声固耦合的作用,又减小了模型的规模,大大提高计算效率;同时基于声学阻抗原理及声学无限元方法,研究阻尼对船舶结构水下声辐射特性影响,为船舶实际工程设计提供参考。     

基于混合法的内部结构声分析

有限元法（FEM）是广泛接受的分析耦合结构声（SA）系统动力响应的预报工具。由于随频率增加计算模型也增加导致基于单元的方法在实际中约束在低频段。一种替代方法是基于间接Trefftz法的基于波动方法（WBM）。但WBM的不足之处在于高计算效率只针对中度复杂的几何模型。为了利用两者的优势：FEM的广泛应用和WBM的高收敛特性,提出了混合FE-WB预报法（FEM-WBM）。基本原理是将FE模型中较大且几何简单的部分采用WBM代替。得到的耦合模型仍具有较少的自由度。简要描述了FEM、WBM以及混合FEM-WBM的理论基础。最后将该方法应用于一个简单的结构声模型,理论分析结果与数值仿真计算结果吻合较好,该混合方法有潜力覆盖中频段。     

基于ABAQUS声固耦合法的水下结构声辐射研究

文章旨在探讨ABAQUS声崮耦合算法在模拟水下结构声辐射问题的可行性.基于ABAQUS声固耦合算法对双层圆柱壳的水下噪声辐射特性进行了计算和分析,并把部分计算数据和实验数据进行对比分析.结果表明:ABAQUS在水下结构声辐射特性数值分析问题上可以取得较好的效果,计算值与实验数据基本吻合,满足工程要求,为水下结构声辐射性能研究提供了一种新的分析方法.     

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。     

潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真

发射控制阀是水下鱼雷发射系统的重要部件,其流量特性决定了鱼雷发射内弹道及相关的发射系统瞬态特性.基于可压缩流体力学控制方程和k-ε湍流模型,运用商用计算流体力学软件Fluent对发射控制阀的内部流场进行了数值模拟,得到了控制阀内部流场规律.所获得的数值模拟结果可为进一步研究水下武器发射气动系统的振动与噪声特性提供参考.     

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。     

波浪作用下斜坡上护面块体应力分布的数值模拟

文章基于SPH方法和FEM/DEM方法建立了SPH-FEM/DEM的二维流固耦合数值模型,模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法模拟,结构物边界采用虚粒子模拟,护面块体结构的受力、运动和变形采用FEM/DEM方法模拟。不同块体间的接触力采用基于势函数的罚函数法来计算,采用中心差分的显式方法来求解有限元单元的变形。应用ANSYS软件和数值模型对静水压力作用下的混凝土方块的内部应力分布进行了比较模拟分析,验证了所建立的耦合数学模型。通过数值计算给出了波浪作用下位于斜坡上的护面块体的动水压力和块体内部的应力分布,讨论了块体内不同角点位置处的应力变化特性。     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究

采用有限元/边界元方法(FEM/BEM)对推进轴系纵振引起的双层圆柱壳水下辐射噪声特性进行研究.使用ANSYS有限元软件建立了流固耦合的有限元模型,计算了流-固耦合状态下结构振动位移响应.利用边界元技术对结构水下辐射噪声特性进行研究,并对推力轴承的布置位置和结构进行了改变,从而改变了激振力的大小及传递途径,对轴系纵振引起的结构水下辐射噪声起到了一定的改善.     

波浪作用下斜坡上护面块体断裂破坏的数值模拟

基于FEM/DEM方法建立原型尺度数值模型,模拟波浪荷载作用下斜坡上护面块体内部的应力分布和断裂破坏过程。其中结构物所受的波浪力采用微幅波的理论解计算,块体之间的运动、接触以及块体变形采用FEM/DEM方法模拟。采用基于势函数的罚函数法计算块体之间的接触力,采用Single/Smeared破坏模型模拟混凝土块体开裂,采用中心差分法的显式积分算法进行数值求解计算。分别采用文中数值模型与ANSYS模型对自重作用下块体的应力进行比较分析,给出了块体碰撞破坏的两种形式,验证了数值模型应力和变形计算的精度。通过数值模拟给出了不同波浪荷载下斜坡上护面块体的运动、内部应力分布、裂缝形成和断裂过程,给出了不同点的应力历时曲线,探讨了块体的应力变化和断裂破坏的特性。     

壳体结构水下辐射噪声FEM/BEM计算

圆柱壳体结构水下辐射噪声计算对于水下航行器设计具有重要的意义。本文基于壳体结构与周围流体介质的耦合作用,建立壳体结构的FEM/BEM数学模型。在理论基础上,利用有限元软件MSC.Nastran建立壳体结构有限元模型并进行修正,并利用声学计算软件LMS Virtual.Lab Acoustic进行辐射噪声计算。本文的方法为预测水下结构辐射噪声提供了一个典型的实例。     

限制水域下喷水推进器水动力特性研究

本研究采用数值模拟方法对无限水域和限制水域中喷水推进装置的水动力特性进行对比分析，开展不同水深条件下喷水推进器进流特性、进口流道效率和推进泵水力特性研究，并据此评估开式循环水槽环境下水槽侧壁和底面限制对喷水推进装置水动力性能的影响。数值计算结果表明：限制水域下喷水推进船底部和水槽底面间水流因阻塞效应使速度增加产生回流，水槽侧壁对自由液面兴波产生反射，随着水深减小，流道进口获流区平均轴向速度明显增加；不同水深吃水比下，进水流道出口非均匀度增加，但进口流道效率变化不大；相比于无限水域条件，限制水域中推进泵流量系数、扬程系数和泵效率的预报结果偏高1%～2%。     

舰船刚性阻振质量基座中频振动特性研究

有限元与统计能量混合法(FE-SEA)将计算低频响应的有限元法(FEM)与计算高频响应的统计能量法(SEA)结合起来,有效解决了FEM计算量大而SEA计算不准的中频域问题。提出在舰船弹性基座中引入刚性减振器,即在舰船基座与船体结构连接部位布设刚性阻振质量,并采用基于FE-SEA混合法的VA One软件对舰船刚性阻振质量基座的中频振动特性进行了研究。结果表明,刚性阻振质量对中高频结构噪声可起到明显的隔振作用,而对低频结构噪声的减振效果则不明显,甚至没有减振效果,这对刚性阻振技术在实艇基座减振降噪设计中的应用具有一定的实际工程价值。     

近自由面水下爆炸冲击波切断效应研究

近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分析了切断现象的特性、产生机理以及对冲击波参数的影响。研究发现,爆心正上方且距自由面较近处,稀疏波作用最强;近自由面爆炸冲击波冲量可衰减为无限水域爆炸的1/3左右。文中的研究旨在探索冲击波在自由面处的传播规律,并为近自由面水下爆炸载荷的确定提供参考。     

水下结构声辐射时域数值分析法研究

采用有限元和无限元相结合的方法,对水下加筋圆柱壳结构的声辐射进行了数值计算.首先利用ANSYS软件建立声振模型,并在时域内计算流固耦合振动,给出可用于声学分析的数据文件;再利用SYSNOISE软件采用无限元法在时域内计算辐射声场,并将计算结果与实验值进行了对比.结果表明,提出的在时域内进行水下结构声辐射的计算是切实可行的,为水下结构声辐射仿真研究提供了新的方法.     

多次水下爆炸下背空加筋板损伤累积特性研究

为了评估舰船结构在水下多次爆炸冲击下抗爆抗冲击性能,采用Abaqus非线性有限元软件建立了固支背空钢板结构水下爆炸冲击数值模型,数值计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了水下爆炸声-固耦合方法的可靠性。在此基础上,提出了多次水下爆炸冲击声-固耦合数值模拟方法,研究了多次水下爆炸冲击下典型背空加筋板损伤累积特性与损伤模式演化规律,分析了冲击因子对结构损伤特性的影响。结果表明,多次水下爆炸冲击作用下背空加筋板动态变形与损伤逐渐累积,可能发生塑性大变形、边界拉伸撕裂以及整体失效破坏等损伤模式演化。当冲击因子小于某一阈值时,背空加筋板多次水下爆炸冲击下塑性变形趋于稳定,出现伪安定现象。研究结果可为舰船结构抗爆抗冲击设计提供参考。     

水下结构声辐射时域数值分析法研究

采用有限元和无限元相结合的方法，对水下加筋圆柱壳结构的声辐射进行了数值计算。首先利用ANSYS软件建立声振模型，并在时域内计算流固耦合振动，给出可用于声学分析的数据文件；再利用SYSNOISE软件采用无限元法在时域内计算辐射声场，并将计算结果与实验值进行了对比。结果表明，提出的在时域内进行水下结构声辐射的计算是切实可行的，为水下结构声辐射仿真研究提供了新的方法。     

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法（CFD-FEM）相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。