加肋旋转壳结构噪声声辐射水弹性研究

本文将修正的Helmholtz边界积分方程和结构有限元相结合,建立一种求解结构声辐射及物面动响应(包括物面法向速度和压力分布)的矩阵分析方法。对奇异积分采用级数展开并直接求其近似值的解析法。整个算法编制了计算程序。数值结果与试验结果两者吻合良好。应用此程序计算分析了加肋旋转壳(内有基座等结构)在多点简谐激振力作用下,不同结构阻尼比以及在基座面板减振器下方有无肘板等情况下壳体表面动响应及远场声压,得到了一些工程上有实用价值的结果。     

基于主成分分析的ACA-BEM水下声辐射快速预报研究

将基于低秩矩阵理论的自适应交叉近似(ACA)技术应用于声学边界元法,提高声场预报的计算速度。首先采用主成分分析方法对边界元网格进行分割。根据Helmholtz积分核的退化特性,利用自适应交叉近似算法对边界元矩阵中具有低秩特性的子块进行压缩,将边界元矩阵的存储空间由O(N2)降低为O(Nlg N)。采用GMRES算法求解边界元方程,实现了ACA-BEM方法对水下结构声辐射的快速预报。数值仿真的结果表明,在不影响计算精度的同时,采用主成分分析法分割边界元网格可以有效的降低边界元矩阵的压缩率,在降低矩阵存储空间的同时也提高了边界元方程的求解效率,能够有效、快速的对水下结构声辐射进行预报,具有一定的工程应用价值。     

应用分形有限元方法于外域辐射和散射声场分析

应用二级分形有限元方法计算了外域声场.用一人工边界把外域声场分为两部分,人工边界以内使用常规有限元方法,人工边界以外的无限大区域使用分形有限元方法.使用分形有限元方法,一方面形成几何自相似网格使得相邻层之间的单元刚度矩阵和质量矩阵具有非常简单的关系,另一方面引用自动满足无限远辐射条件的全域插值函数把节点自由度变换为一组广义坐标,因而计算量可以大大减少.数值计算结果表明:该方法对于计算无限大外域声场是有效的.     

求解外域辐射和散射声场的分形有限元方法

应用二级分形有限元方法计算了外域声场.用一人工边界把外域声场分为两部分,人工边界以内使用常规有限元方法,人工边界以外的无限大区域使用分形有限元方法.使用分形有限元方法,一方面形成几何自相似网格使得相邻层之间的单元刚度矩阵和质量矩阵具有非常简单的关系,另一方面引用自动满足无限远辐射条件的全域插值函数把节点自由度变换为一组广义坐标,因而计算量可以大大减少.数值计算结果表明:该方法对于计算无限大外域声场是有效的.     

水下方盒结构振动与声辐射相关性研究

针对水下结构振动与声辐射的耦合问题,重点研究了水下方盒结构在简谐激励作用下结构振动和声辐射间的相关性.在计算结构声振响应时,采用有限元结合边界元的算法,即在考虑流固耦合影响下采用有限元法计算结构的振动响应,在此基础上采用边界元法求解无限介质中的Helmhohz方程,从而求得结构的辐射声场.在结构振动和声辐射响应的基础上,计算了几个典型位置声辐射与激励点振动间的关联系数,讨论了它们的关联性.最后得出结论:除了激励源附近位置外,声辐射与结构振动间的关联性是很强的.     

含损伤加筋结构的振动与声辐射特性研究

采用有限元／边界元方法针对加筋结构，研究了损伤对振动与声辐射特性的变异特性。将损伤模型引入结构有限元分析中，针对各向同性损伤单元模型中，采取刚度各向整体弱化的方法分析；对于各向异性损伤单元模型中，采用Kachanov理论，分别引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数。基于Mindlin板理论，建立描述健康和损伤的4结点有限壳单元模型，采用有限元方法计算结构振动特性与表面动力响应。基于4结点二维线性边界元模型，根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压，进而可以得到辐射声功率和辐射指向性。为了研究损伤结构处于空气或水中不同损伤位置和大小对结构振动及声特性的影响，文章建立了含损伤结构的动力与声辐射分析方法，就各种损伤对结构振动频率、振动模态与声辐射模态、辐射阻尼、辐射功率与指向性的影响进行了数值模拟。通过对典型算例分析，得出了相应的结论，在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索。     

半潜钻井平台辐射问题的高精度算法研究

附加质量和阻尼力是决定半潜式钻井平台运动响应的重要参数,该研究采用直交边界边配置多重节点的新方法去除积分边界的奇异性。研究中同时应用了高阶边界单元方法近似真实的空间三维复杂结构,依据波浪与结构物相互作用的辐射和绕射理论建立边界元积分方程,对ISSC型半潜式平台（Semi-Submersible）的附加质量和阻尼力进行了分析研究。研究表明多重节点与高阶边界元相结合的方法对复杂结构的水动力计算具有很高的精度。     

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.     

开口结构声辐射计算的虚拟边界法

计算薄壁开口结构声辐射问题时,一般采用以结构表面压力差作为变量的间接边界元法.当结构两表面的法向量不一致或者两表而振动速度不相等时,间接边界元法无法应用,只能采用直接边界元对结构的内外边界均进行离散求解.对于厚度较小的结构,内外表面均离散的直接边界元法会导致数值积分奇异的困难.针对上述不足,文章提出一种计算开口结构声辐射问题的虚拟边界法:在开口结构上人为地加上边界,使其成为一个或多个相互独立的封闭结构,对这样的封闭结构分内外声场分别建立方程,并利用虚拟边界上的压力和速度连续条件联立求解,从而避免了间接边界元和直接边界元法计算开口结构声辐射问题时存在的缺陷;同时采用文中的方法还可以同时得到声场中非物面边界上质点的振动速度和压力,这是常规边界元法无法做到的.数值算例表明文中的方法是正确可行的.     

二维有限元潮流数学模型及其应用

采用有限元Galerkin加权余量法对二维潮流控制方程进行求解,建立了二维有限元潮流数学模型,并将模型运用于计算区域较小、边界较为复杂的海安湾。对海安湾潮流数值模拟的结果如下:计算水位和流速的大小及过程均与实测情况极为吻合,流场的趋势也与以往研究较为一致。新模型能采用不同形式的非结构网格,对于边界和地形变化复杂的工程区域有较强的适应性。研究成果说明,对于计算区域较小且陆域边界变化复杂的工程问题,采用有限元方法离散潮流方程能提高计算精度。     

Structural-acoustic optimization of stiffened panels based on a genetic algorithm

For the structural-acoustic radiation optimization problem under external loading,acoustic radiation power was considered to be an objective function in the optimization method. The finite element method(FEM) and boundary element method(BEM) were adopted in numerical calculations,and structural response and the acoustic response were assumed to be de-coupled in the analysis. A genetic algorithm was used as the strategy in optimization. In order to build the relational expression of the pressure objective function and the power objective function,the enveloping surface model was used to evaluate pressure in the acoustic domain. By taking the stiffened panel structural-acoustic optimization problem as an example,the acoustic power and field pressure after optimized was compared. Optimization results prove that this method is reasonable and effective.     

考虑流体加载效应的板结构声辐射损耗因子和辐射效率的计算分析

采用有限元法和Rayleigh积分耦合方法对考虑流体加载效应的板的结构声辐射损耗因子和声辐射效率进行了计算分析,其中结构振动模态的声辐射损耗因子和声辐射效率分别基于模型降阶的结构模态参数识别方法和考虑流体附加质量的实模态进行计算。对板在空气和水中的声辐射损耗因子和辐射效率进行了计算,计算结果表明：板的奇奇振动模态的声辐射损耗因子远大于其他类型模态;板奇奇振动模态在空气中的声辐射损耗因子远小于水中的声辐射损耗因子,约差一个数量级;板在水中的声辐射损耗因子远大于板的结构损耗因子,空气的声辐射损耗因子与结构损耗因子相当;空气中的声辐射效率比水中的声辐射效率约高两个数量级。     

一般边界条件下矩形薄板振动声辐射特性分析

基于改进傅立叶级数方法,将矩形板振型函数表示为包含正弦三角级数的改进傅立叶级数,从而有效地克服结构在边界处存在的不连续性,建立了一般边界条件下矩形薄板结构振动声辐射的分析方法,并对薄板结构的振动声辐射特性进行了研究。文中还建立了薄板结构的位移容许函数,然后基于最小势能原理求解了系统的Lagrange函数,最后利用Rayleigh-Ritz法对方程求解从而获得薄板自由振动的模态信息;在此基础上,基于Rayleigh积分公式推导出了薄板振动、辐射声压和声功率的表达式,研究了结构特性参数及边界条件对薄板振动声辐射的影响,通过有限元软件和参考文献的比对分析,验证了改进方法的正确性和有效性。     

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.     

Calculation method of underwater acoustic and vibration response of cabin segment based on onshore vibration test北大核心CSCD

[Objective]This paper proposes a method for calculating the acoustic and vibration response of underwater cylindrical shell structures based on land-based vibration test results.[Methods]An axisymmetric boundary element method (BEM) is introduced to describe the radiation acoustic field of the shell. The relationship of acoustic pressure at the nodal point of the generatrix with velocity is obtained by solving the numerical solution of the boundary element integral equation, then the acoustic radiation impedance matrix of the outer surface of the shell and acoustic transfer vector (ATV) are constructed. Based on the assumption that the low-order vibration mode of an underwater cylindrical shell is the same as that of an onshore cylindrical shell, combined with the modes and acoustic radiation impedance matrix of an onshore cylindrical shell, the modal added mass and damping are calculated. [Results]The natural frequency calculation formula of the underwater cylindrical shell is established on the basis of the onshore mode, and the calculation method of underwater vibration response and acoustic radiation characteristics with the vibration response in air as input is obtained based on mode superposition method.[Conclusion ] The numerical results of a typical cylindrical shell with internal structure show that the method meets the engineering accuracy requirements. © 2023 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

管路敷设橡胶层对圆柱壳结构振动与声辐射的影响

以内部设有管路的圆柱壳结构为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,针对管路内、外敷设不同厚度橡胶层时,圆柱壳结构水下振动与声学特性进行数值计算,从圆柱壳结构振动位移和辐射噪声2个方面探讨管路内、外敷设橡胶层对圆柱壳结构水下振动与声辐射的影响.这对水下结构物的声学结构优化具有重要意义.结果表明:对于本算例,管路内、外敷设橡胶层对降低圆柱壳结构水下振动与辐射噪声具有良好效果,并且管路敷设橡胶层越厚,减振降噪效果越好.     

基于声振耦合理论的压电智能板结构水下声辐射控制研究(英文)

对水下结构声辐射压电控制的压电片布置问题进行了深入的理论和数值分析.首先基于声振耦合理论,对低频段声辐射板的压电传感器和作动器的布置做了定性的分析,给出了声辐射功率与结构模态比和模态积之间的关系式.其次基于有限元/边界元数值计算方法,对所提出的压电片布置方案进行了辐射声场控制的定量计算.通过计算比较可以看出,基于声振耦合理论的压电片布置方案在低频段所得到的多阶模态控制效果,优于基于振动模态应变贴片理论控制方法所得到的控制效果,可以用来进行流体加载板结构声辐射控制的设计和预测.     

不等间距分舱结构声辐射特性研究

研究舱段结构振动、声辐射特性随分舱形式改变的变化规律,对潜艇结构声学优化设计具有十分重要的意义。从结构声学设计的角度出发,在保持相邻两个舱段总长度不变的情况下,调整两个舱段的长度,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度和辐射效率作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究整个结构振动和声辐射特性。在流体部分的计算中,采用网格重叠算法,以提高计算效率。通过调整分舱形式,在一定频段,改变了整个舱段结构振动声学传递函数的谱峰频率,降低了谱峰幅值,因此,可以通过改变分舱形式以改变舱段结构声学特性,使设备激振力的谱峰频率与结构振动声学传递函数的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制。     

船舶水下辐射噪声计算评估方法及应用

本文采用有限元(FEM)和边界元(BEM)相结合的方法对船舶水下辐射噪声进行研究。首先根据船舶的实际情况建立三维结构有限元模型,包括船体结构、压载、主要动力设备及其隔振方式等,然后结合实船测试的柴油发电机组、推进电机机脚振动和轴系中间支撑基座振动数值,及船模试验得到的螺旋桨脉动压力,计算获得流固耦合下结构的响应,最后将船体外壳水线以下结构响应作为约束条件,通过边界元的方法对水下辐射噪声进行计算和分析。从而对船舶设计阶段水下辐射噪声初步评估方法进行修正,同时对比水下辐射噪声实船测试结果,计算准确性较高,修正后的计算评估方法能进一步提高了设计阶段水下噪声的评估精度,为船舶水下辐射噪声控制提供了依据和参考。