基于有限元动力计算的浮筏隔振系统功率流研究

结构在中、低频段的振动功率流计算大多采用导纳法,而复杂结构的导纳采用解析方法不易求得.给出了基于结构有限元动响应分析的振动功率流计算方法,采用该方法推导了一典型浮筏隔振系统的传递功率流表达式,编程计算对比了2种隔振方案(橡胶方案、气囊方案)的传递功率流和隔振效果.该方法对此类复杂浮筏隔振系统的设计有一定的指导作用.     

细拖曳线列阵隔振模块隔振性能分析

为进一步研究因隔振模块直径缩小而导致流噪声恶化的问题,利用ANSYS有限元软件建立了细隔振模块的三维流固耦合模型,对隔振模块的隔振性能进行计算.所得计算结果与粗线列阵隔振模块隔振性能进行比较,分析了隔振模块内部和外部流体、护套和尼龙绳材料弹性模量等对不同直径隔振模块隔振性能的影响,得出隔振模块内部和外部流体对细线列阵隔振模块隔振性能的影响与粗线列阵隔振模块相比增加了流噪声.并研究了护套厚度、隔振组件长度和隔振组件间距对隔振模块隔振性能的影响,研究结果对于提高隔振模块隔振性能具有一定的参考价值.     

考虑跨肩管土作用的悬跨管道涡激振动特性研究

海底悬跨管道涡激振动是一个复杂的流场-管道结构-跨肩土体耦合问题,其发生机理和振动特性十分复杂,特别是两端跨肩处管土作用对涡激振动的影响有待深入讨论。为此,文章引入了P-y曲线描绘跨肩处管土耦合作用,提出了基于管道位移和速度的新非线性土体弹簧模型,根据能量平衡原理计算土体阻尼,采用尾流振子模型模拟悬跨管段流固耦合作用,建立了考虑流—固—土多场耦合作用的海底悬跨管道涡激振动预报模型,并重点研究了考虑跨肩管土作用时,悬跨管道涡激振动的诸多特性。     

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。     

流体域特性对流固耦合振动计算的影响

船舶结构的水下振动预报一直受到广泛的重视,计算机技术的发展使得有限元法成为求解复杂船舶结构流振耦合振动的有效方法。本文基于船体结构与周围流体介质的耦合作用建立典型圆柱壳流固耦合振动计算的有限元模型,重点分析流体域边界处理方式、流体域形状、流体域范围对耦合振动计算结果的影响,提出合理的流体域建模方法。同时分析流体网格控制方式对于耦合振动计算的影响,为水下结构物耦合振动分析提供参考。     

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.     

考虑不同管土作用模型的海底多跨管道动力特性

当前,海底多跨管道涡激振动分析多将管土段简化为固支或简支边界.针对此问题,采用3种更为复杂的土体模型,研究对比不同管土作用对多跨管道涡激振动特性的影响.采用尾流振子模型模拟流-固耦合作用,构建考虑流-固-土多场耦合的悬跨管道涡激振动预报模型,分析不同土体模型下的管道动力学规律.研究结果表明:不同的管土模型会对管道振动产生不同程度的影响,且管土非线性作用会明显制约管道的振动特征,使最大位移幅值和局部应变等发生改变.     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

整舱浮筏全频段能量传递数值分析研究

主要研究在宽频带外力的激励下,整舱浮筏隔振系统在全频段范围内的功率流.在计算整舱浮筏隔振系统全频段的功率流时,在低频段采用有限元方法,高频段采用统计能量法,得到整舱浮筏隔振系统全频段范围(10～8000 Hz)的功率流理论计算结果.并对2种方法重叠频段的部分计算结果进行了对比,重叠频段部分整舱浮筏隔振系统振动响应和功率流计算得到的曲线变化趋势基本一致.     

水下细长体结构“流-刚-弹耦合”特性及方法

为对水下细长体的流固耦合特性进行分析,本文建立细长体结构的平面运动学方程。为捕捉结构的振动特性,采用双渐进法给出与之相应的流体动力学方程,形成以"流-刚-弹耦合"为特点的方程组。在时域中推进编程求解耦合方程组,得到结构的刚体运动轨迹、弹性振动情况。并与传统有限元方法进行对比,验证本文方法的正确性及合理性。以此为理论依据,对潜艇结构的"流-刚-弹耦合"特性进行分析。研究表明:水下细长结构在水动压力的作用下,流体、刚体运动、弹性振动存在着耦合现象。本文将刚体运动与弹性振动分别求出,直观体现了"流-刚-弹耦合"这一现象。     

弹性浮筏系统动力学建模及冲击响应分析

浮筏隔振系统是一种集集中质量,弹簧,阻尼和弹性连续体为一体的复杂动力学系统,被广泛应用于船舶重要设备的振动隔离.本文以多体动力学和结构动力学为理论基础,对弹性浮筏隔振系统进行动力学建模,考虑筏体的刚体运动和弹性变形的耦合,由此推导出整个隔振系统的动力学振动方程.结合具体的算例,求出了弹性浮筏隔振系统的固有频率和对不同冲击激励的响应,指出了筏体的弹性变形对系统动力学性能的影响,揭示了弹性模型的全面性和合理性.该研究可对浮筏系统的优化设计提供理论依据和参考,有一定的工程意义.     

Z型可伸缩全回转推进器轴系扭振计算

以某2000t浮吊动力定位用Z型可伸缩全回推进器为例,分析了Z型可伸缩全回转推进器轴系的结构特点,建立扭振计算的集中质量模型,计算轴系的固有频率及振型,采用模态叠加法进行轴系的强迫振动响应计算,验证高弹联轴器的选型。     

弹性系统设备振动与基础阻抗特性关系分析研究

采用四端参数法分析弹性系统振动速度响应系数与基础阻抗之间的关系,建立在非刚性基础条件下设备振动响应的数学模型,并绘制了相应的曲线族,最后还对分析结果进行了总结说明.计算结果对于预估机械设备的振动响应量级、解决弹性系统隔振效果评定等问题具有重要的参考价值.     

船用膜片联轴器的膜片组件简化建模方法及模态试验

针对船用膜片联轴器的膜片组件螺栓连接的复杂性问题,基于薄层单元法对膜片组件的有限元模型进行简化,提出一种新型简化建模方法——结构分割法。对模型静刚度进行计算,确定结构分割法中结合面单元的弹性模量和泊松比。该方法相较于传统的薄层单元法计算效率更高。将结构分割法模型的模态仿真结果与试验结果进行对比,结果表明,结构分割法模态分析得到的振型与试验测得的前三阶振型吻合较好,固有频率误差均在10%之内,验证简化模型仿真的正确性,可为船用膜片组件结合部动力学快速有效建模提供思路。     

弹性复合阻振接头在邮轮通风管道中的减振性能研究

为探究弹性复合阻振接头在邮轮通风管道中的减振性能，利用弹性橡胶与质量阻振相结合的质量—阻尼复合阻振技术，设计开发了应用于通风管道中的弹性复合阻振接头，通过风机激励试验研究其在通风管道中的减振性能，得到弹性复合阻振接头在通风管道中的减振效果。试验结果表明：6款弹性复合阻振接头均能有效提高管道结构振动的阻振效果并拓宽阻振频率范围，并且能够降低激励源与管路系统之间的振动传递；在100-5000Hz频率范围内，弹性复合阻振接头的振动传递损失基本在10dB以上，在某些频段下能达到30dB以上，其中双橡胶复合阻振接头在低频中的减振效果最好。试验研究结果对于船舶通风管道的减振设计具有参考价值。     

管路系统低噪声弹性支撑安装研究

弹性支撑是减小管路系统噪声源向船体结构传递的主要措施,但安装数量较多且受安装条件限制,部分管路支撑直接与船体结构相连,导致弹性支撑也是振动传递的重要途径.本文利用Abaqus有限元软件计算单位激励下管路系统各弹性支撑点的频率响应特性,分析了弹性支撑安装间距、刚度及位置等因素对管路振动噪声特性的影响,提出管路系统弹性支撑的低噪声安装方法,为舰船管路系统弹性支撑设计提供了重要依据.     

On the global ship hull bending energy in ship collisions

During ship collisions part of the kinetic energy of the involved vessels immediately prior to contact is absorbed as energy dissipated by crushing of the hull structures, by friction and by elastic energy. The purpose of this report is to present an estimate of the elastic energy that can be stored in elastic hull vibrations during a ship collision.When a ship side is strengthened in order to improve the crashworthiness it has been argued in the scientific literature that a non-trivial part of the energy released for structural deformation during the collision can be absorbed as elastic energy in global ship hull vibrations, such that with strong ship sides less energy has to be spent in crushing of the striking ship bow and/or the struck ship side.In normal ship–ship collision analyses both the striking and struck ship are usually considered as rigid bodies where structural crushing is confined to the impact location and where local and global bending vibration modes are neglected. That is, the structural deformation problem is considered quasi-static. In this paper a simple uniform free–free beam model is presented for estimating the energy transported into the global bending vibrations of the struck ship hull during ship–ship collisions. The striking ship is still considered as a rigid body. The local interaction between the two ships is modeled by a linear load–deflection relation.The analysis results for a simplified model of a struck coaster and of a large tanker show that the elastic energy absorbed by the struck ship normally is small and varies from 1 to 6% of the energy released for crushing. The energy stored as elastic global hull girder vibrations depends on the ship mass, the local stiffness of the side structure, and of the position of contact. The results also show that in case of highly strengthened ship sides the maximum global bending strains during collisions can lead to hull failure.     

新型避振穴研究

本文提出了一处新型避振穴。由于摒弃了橡胶弹性元件，该避振穴的结构简单，施工与维护方便。还介绍了模型试验结果，阐述了减振原理与应用前景。     

弹性平板和覆在弹性平板上柔性层的流致振动

平板是舰船壳体的主要体现形式，平行于平板的水流诱发的流致振动被认为是流动噪声的起因之一，并因此提出了船用平板上覆以柔性层以降噪的问题。本文先以典型的两种来流速度情况用能量判明裸弹性平板流致振动的收敛性，在此基础上分析了覆在弹性平板上柔性层面临的流致振动问题。     

沉箱式防波堤振动——摇摆运动分析的模型和方法

建立了沉箱式防波堤弹性振动——摇摆运动分析模型，对破碎波冲击作用下防波堤的弹性振动——摇摆运动过程进行了数值模拟，并研究了摇摆运动对防波堤位移、转角、滑移力和倾覆力矩的影响。结果表明，摇摆运动可有效减小防波堤的滑移力和倾覆力矩。在防波堤设计中可考虑允许出现摇摆运动，以实现更为经济的结构设计。