周期支撑管路横向振动波传播特性分析

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点.基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法.在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性.由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内.此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带.本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考.     

周期支撑充液管路轴向振动特性分析

基于Timoshenko理论,采用传递矩阵法计算了充液周期结构管路和周期支撑管路轴向振动传递特性,分析了轴向波波数实部、虚部与轴向波传播特性之间的关系。计算表明,轴向周期结构管路与轴向周期支撑管路系统均存在振动带隙,且振动带隙范围与轴向波波数实部、虚部之间一一对应。还分析了单个晶胞长度与支撑刚度对轴向振动带隙的影响。研究结果可为管路系统的振动噪声控制提供有效的技术支撑。     

多跨充液管道的振动特性分析

考虑管道与液体之间的泊松耦合与结合部耦合,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与刚性支撑的点距阵.使用传递矩阵法计算两种边界条件下单跨和多跨充液管道的模态频率及模态振型.结果表明,在充液管道振动分析中,流固耦合作用不能忽略,多跨管道系统由于刚性支撑的加入使系统频率增加.     

充液弯管的模态频率计算

考虑管道与液体之间的泊松耦合与连接耦合，推导了低频情况下的充液弯管轴向、横向振动的传递矩阵，并在给定的边阶条件的情况下推导出用传递矩阵求解弯管模态频率的方法。最后，用传递矩阵法和Ansys有限元分析软件计算了一定边界条件下充液弯管的模态频率。结果表明，固液耦合作用可使弯管的模态频率降低。     

功能梯度复合材料充液弯管/直管的振动特性分析

船舶海洋工程中常用的金属管道易腐蚀,维护成本高,声学阻尼性能差。功能梯度材料（FGM）是一种具有极强可设计性的新型复合材料,其材料属性随着空间位置的连续变化而变化。本文研究材料属性沿壁厚方向呈连续梯度变化的充液管道振动特性,以此分析功能梯度材料的应用前景。首先,沿壁厚方向将非均匀材料离散为若干层均匀材料,其次,基于管道的Timoshenko梁模型和流体方程建立功能梯度充液弯管或直管的耦合振动方程,最后研究高精度、高效率的动刚度法在组装充液管道单元上的应用,并讨论梯度指数对管道动态特性的影响。     

损伤Timoshenko梁振动功率流特性

研究了损伤Timoshenko梁的振动功率流特性.用一局部转动弹簧来模拟梁中的损伤,利用断裂力学的有关理论得到局部弹簧的转动刚度.为了分析问题简便,讨论了一无限长Timoshenko梁在集中载荷作用下的弯曲波运动以及振动功率流的输入与传播,分析了振动功率流与损伤位置及其深度的关系,为Timoshenko梁的损伤识别提供了理论基础.     

含裂纹Timoshenko梁自由振动分析

提出了基于传递矩阵法的含裂纹Timoshenko梁自由振动分析方法。将含裂纹Timoshenko梁结构划分为裂纹、左段完整梁、右段完整梁三部分,梁内裂纹等效为无质量的扭转弹簧,分别推导出各部分的传递矩阵以及含裂纹Timoshenko梁的总体传递矩阵,根据具体的边界条件将总体传递矩阵简化成2×2的矩阵,并得到相应的解析频率方程,求解方程即可得到裂纹梁的各阶固有频率。通过数值算例验证了文中方法的有效性并得到相应结论。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型。管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的特性,并用边界元软件计算耦合结构远场辐射声功率。计算结果表明:充液管路各簇振动功率流分布与幅值随频率、管路支撑位置而变化,且管路系统输入功率流与耦合系统远场辐射声功率相关。研究结果可为管路系统从能量流角度进行振动控制提供参考。     

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响北大核心CSCD

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。     

不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析

[目的]为克服边界及弹性横向支撑对连续多跨梁振动特性研究的束缚,基于欧拉梁理论,建立一种多跨梁自由振动的分析模型。[方法]首先,构造新型改进傅里叶级数形式,用以表示多跨梁在整段上的横向位移函数;其次,将位移函数的级数表达式代入拉格朗日函数中,结合瑞利—里兹法,将自由振动问题变为标准矩阵特征值形式,以求解带有弹性支撑的多跨梁固有频率。[结果]通过在算例部分改变弹性支撑处的横向弹簧刚度值,即可获得中间含任意弹性支撑多跨梁的振动特性,所得结果与已有文献结果的比较充分验证了所提方法可行且正确。[结论]基于改进傅里叶级数法(IFSM),多跨梁振动特性的数值模拟可为多跨梁动态性能提供有效的前期预测手段。     

充液管道轴对称波的传播与衰减分析

在很多工程状况下,特别是船舶和海洋工程领域,管道的振动、噪声和疲劳失效是极其严重的问题。文章对充液管道的轴对称波的传播与衰减进行了解析研究。首先推导了周向模态n=0的管道轴对称振动方程,然后分别得到s=1流体波和s=2壳体波的波数表达式。接着,对波数以及管道和流体的阻抗进行了数值计算和讨论。结果发现,在这种模态下,波的传播与衰减随频率变化(频散特性),与壳体厚径比和流体密度密切相关。事实证明,这种耦合振动分析方法是简洁有效的。     

纵振动对声传输测量带来的干扰及其避免方法

弹性充液管道在一端固定,另一端受到谐和力作用时自身会产生稳态纵振动。相比于管道自身模态的谐振,弹性管道稳态纵振动的幅度更大,对于声场的影响也更大。对于管道稳态纵振动的研究可以更好地说明充液管道对管口辐射声场的影响。通过等效梁模型的解析计算及与实验结果的对比,验证了等效梁模型用于计算管道稳态纵振动的正确性,同时,提出一种用于隔离管道纵振动的方法,并通过实验验证了其有效性。     

L型输流弯管自由模态分析

给出了直管在轴向和横向振动的传递矩阵,给出弯曲管道离散模型的节点传递矩阵,推导了在直管与弯管过渡区域的无因次化矩阵.分别计算了末端自由和固定2种边界条件下的输流弯曲管道模态,并与有限元方法计算结果相比较.结果表明,传递矩阵法能有效计算输流管道系统模态,同时流固耦合作用对输流管路模态影响较大,计算时不容忽视.     

充液管路沿管壁传递的振动加速度测试方法研究

为了实现充液管路沿管壁传递的振动加速度的准确、快速测量,结合欧拉梁理论和壳体理论提出一种改进的测量方法,利用布置在同一截面的4个传感器,可同时测出沿管路传递的纵向波、扭转波以及分布在两个相互垂直平面内的弯曲波。通过对一系列具有不同管径的管路系统的试验验证,证实了本文所提方法的正确性。     

船用复合材料管路振动特性试验研究

为研究船舶中复合材料充液管路的减振特性,首先采用几何尺寸相同的复合材料直管和钢直管进行振动响应对比分析。通过直管的四端阻抗测试,获得2种材料直管的传递矩阵,对比分析复合材料管路与钢管的振动传递损失。然后对2种材料直管进行自由边界下的模态测试,获取管路的阻尼系数。试验结果表明:在满足输水性能和结构强度的前提下,复合材料管路只是同几何尺寸钢管质量的一半,复合材料管的固有模态频率要低于钢管,模态阻尼系数却远大于钢管。在2 500 Hz内复合材料管的横向振动传递损失优于钢管;而轴向传递损失在低频段要劣于钢管,高频段又优于钢管。因此在减振性能上,复合材料管更利于振动能量在传播过程中的衰减。研究成果可为复合材料在船舶充液管路减振降噪中的应用提供参考。     

船用复合材料管路振动特性试验研究

为研究船舶中复合材料充液管路的减振特性,首先采用几何尺寸相同的复合材料直管和钢直管进行振动响应对比分析。通过直管的四端阻抗测试,获得2种材料直管的传递矩阵,对比分析复合材料管路与钢管的振动传递损失。然后对2种材料直管进行自由边界下的模态测试,获取管路的阻尼系数。试验结果表明:在满足输水性能和结构强度的前提下,复合材料管路只是同几何尺寸钢管质量的一半,复合材料管的固有模态频率要低于钢管,模态阻尼系数却远大于钢管。在2500 Hz内复合材料管的横向振动传递损失优于钢管;而轴向传递损失在低频段要劣于钢管,高频段又优于钢管。因此在减振性能上,复合材料管更利于振动能量在传播过程中的衰减。研究成果可为复合材料在船舶充液管路减振降噪中的应用提供参考。     

基于谱单元法的船用输流管道振动建模与分析

输流管道的耦合振动分析对于船舶通液管路的振动预报和减振降噪具有重要的研究意义。基于Timoshenko梁模型,考虑了流体与管壁间的相互作用,利用Hamilton原理及流体的连续方程、动量方程,构建了三维输流管道动力学模型。然后运用谱单元法求解和组装管道单元,适用于任意边界条件及任意长度的管系结构。通过算例验证了该计算方法的正确性,还分析了轴向预拉力、弹性支撑边界对于输流管道稳定性的影响。与有限元软件计算及试验结果的比较显示了该计算方法的准确性和较高的计算效率。     

某电力推进轴系横向振动影响因素分析

通过数值分析的方法研究动态因素对某电力推进轴系横向振动的影响,介绍运用传递矩阵法对船舶轴系进行横向振动分析的基本原理,结合某电力推进轴系实际情况,建立轴系计算模型,用Matlab编写了基于传递矩阵法的计算程序,对影响轴系横向振动的轴承刚度、艉轴后轴承支撑位置以及陀螺力矩三个因素进行计算分析,得到这些因素在不同条件下对轴系临界转速的影响。     

基于欧拉梁理论的船舶轴系动力学特性研究

船舶轴系振动是导致船舶噪声过大的一个主要因素。为了提高船舶乘坐舒适性,对其振动进行研究是一个主要手段。本文基于欧拉梁理论建立轴向与横向耦合的推进轴系振动模型,推导得出显式刚度矩阵,并采用纽马克方法对时间尺度进行积分,得到梁自由端动力响应。     

基于模型试验与三维水弹性理论的船舶波激振动响应研究

船体波激振动使得船体结构中产生高频、持续和具有一定幅值的振动应力,可能引起结构发生严重的疲劳损伤,因而对船舶结构的安全性带来严峻的挑战。文章以一艘大型LNG船为研究对象,采用三维线性水弹性理论与水池模型试验方法对船舶波激振动响应进行了比较分析,研究了规则波与不规则波中的波激振动特性。改变该LNG船的刚度,并保持船型、重量分布等其它主船体特征不变,在模型试验和理论计算中探讨了刚度对波激振动的影响。通过两种刚度船体梁的模型试验与理论计算结果的比较分析,给出了波浪周期和船体刚度的变化对波激振动影响的几点结论。