流动分离对声激励的响应

实验表明,在不稳定的涡流场中,外部声激励将会对内部流场中的不稳定涡流产生影响,形成声涡相互耦合的感应性,声控的效果依赖于激励声波的大小和频率。本文从流体力学普遍方程出发,建立在单频声激励下,声场和流场相互耦合的理论模式。利用摄动方法,讨论了声涡相互耦合的感应性,从理论上论证了声激励存在声涡共振频率。     

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。     

船舶机械低频声-固耦合数值模型中激励施加方式分析

声固耦合数值模型在预报低频机械噪声时克服了传统流固声数值模型分步计算的不足。常用的声-振分析软件如Virtual.Lab的直接声振耦合统一求解算法不能直接施加设备的加速度激励,常采用大质量法将设备机脚的加速度激励转化为力激励。论文基于结构有限元/声学自动匹配层(FEM/AML)声固耦合方法,提出将激励直接施加到设备质心处的简化大质量法。机械噪声预报结果与传统大质量法、流固声方法结果进行对比,验证简化方法的有效性。基于声固耦合数值模型预报船舶机械噪声时,可采用简化的大质量法将加速度激励转化为力激励,并作为输入直接施加到设备质心处。     

加肋圆柱体水下低频辐射声特性研究

为掌握不同激励下加肋圆柱体水下低频辐射声频谱特征,揭示辐射声峰值对应的优势模态及弯纵耦合现象规律,该文利用三维水弹性声辐射计算方法,针对加肋圆柱体的梁模型和有限元壳模型,计算分析其水下不同激励的声源级传递函数,分析声源级曲线峰值与单个模态声源级分量的对应关系,得出垂向激励时,辐射声峰值对应于垂向弯曲模态;轴向激励时,辐射声峰值对应于轴向模态,同时运用壳模型计算结果发现梁模型所不能反映的弯纵耦合现象。比较了不同激励辐射声源级传递函数,得出所分析频带内,轴向单位力激励总声级比垂向略大。并比较不同模型的结果,指出梁模型的适用范围。     

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.     

不同舵角的舵翼结构涡量及流噪声特性分析

以梯形舵翼结构为研究对象,采用CFD大涡模拟及Lighthill声类比理论对不同舵角下舵翼结构的流场和声场进行数值预报,分析其涡量特性及流噪声特性。结果表明:来流速度相同时,随着舵角的增大,涡系越来越复杂,涡量及流噪声也随之增大;涡系主要集中在稳定翼的导边、舵翼的尾缘及舵与稳定翼之间;舵翼结构流噪声的声压级频谱频带较宽,无明显的主频率出现;低频时声压级幅值较大,并且随着频率升高而持续下降;舵翼尾缘及稳定翼导边前缘的声场强度比翼型两侧的声场强度大,这也和流场涡量分析结果一致,进而说明了涡流是产生流噪声的根本原因。     

高速船薄板声传递向量和模态声传递向量研究

本文采用有限元和边界元相结合的方法,将固体与流体介质进行“固-流”弱耦合,分析不同材质薄板的声传递向量、模态声传递向量和场点的声特性。研究了结构参数、声介质参数等对结构声传递向量、模态声传递向量和场点声压产生的影响。分析表明对于结构的声传递向量和模态声传递向量而言,场点的位置、激励频率、声介质参数等对声传递向量产生了影响。材质特性只对模态声传递向量产生影响。     

有限长双层壳体声辐射理论及数值分析

研究流场中有限长加筋双层圆柱壳受径向点激励的振动和声辐射性能。壳体的振动用Fluegge壳体方程描述，将加强构件等价为对内外壳体的支持力，采用Helmholtz波动方程、壳体表面的边界条件和傅氏变换方法求解声压的表达式，然后将其引入壳体振动方程，最后求解双层壳体声-流体-结构耦合方程，计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。讨论了有限长单、双层壳体声辐射性能的差别以及双层壳体壳间连接形式和实肋板参数的变化对其声辐射性能的影响，得出结论：当内壳受激振动，通过外壳向外场辐射噪声时，其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板，其次才是环形流场中的流体介质。     

基于单向求解、双向流固耦合的悬臂平板绕流涡激振动特性对比研究

本文采用双向流固耦合研究一端固定的二维平板(展向无限长)涡激振动特性,通过流场和结构之间力和位移的相互传递来实现双向耦合。同时,对不同雷诺数下的平板绕流涡激振动进行了计算,并与单向求解算法进行了对比。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率时,将出现频率锁定现象,同时结构将产生极大的位移响应。在锁定雷诺数区域中,双向流固耦合结构位移响应明显小于单向求解算法,而在其他非锁定区间,两种算法差别较小。     

流体中弹性板声辐射阻尼研究

针对空气和水两种介质，分别研究弹性薄板的几何参数及激励位置对声辐射阻尼的影响。采用的结构振动与声场耦合的数值求解方法——有限元／流体边界元（FEM／BEM）法进行推演以及讨论结构与流体数值模拟单元。从能量的角度定义弹性板声辐射阻尼，取得声辐射阻尼的数值计算公式。利用文中的数值模拟方法对弹性例板声辐射阻尼进行计算。通过对弹性板声辐射阻尼数值模拟结果的分析认为，水中弹性板振动的声辐射阻尼远大于空气中的声辐射阻尼；相同外加激励载荷作用下，弹性薄板的板厚对相应声辐射阻尼几乎没有影响；随着板边长尺寸的增加，板的声辐射阻尼也有增大的趋势；板声辐射阻尼不随激励位置的改变而改蛮。     

二维弹性平板绕流锁定发生机理研究

本文采用双向流固耦合来研究一端固定二维平板涡激振动特性,通过动网格技术来实现流场和结构之间力和位移的相互传递。对不同雷诺数下平板绕流涡分离进行计算,成功捕捉到了锁定现象,并对其发生机理进行研究。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率、结构表面压力分布与结构模态一致、尾涡强度达到一定水平,即可产生锁定现象。     

二维弹性平板绕流锁定发生机理研究

本文采用双向流固耦合来研究一端固定二维平板涡激振动特性,通过动网格技术来实现流场和结构之间力和位移的相互传递。对不同雷诺数下平板绕流涡分离进行计算,成功捕捉到了锁定现象,并对其发生机理进行研究。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率、结构表面压力分布与结构模态一致、尾涡强度达到一定水平,即可产生锁定现象。     

舱壁与压载对流场中有限长圆柱壳声辐射影响

舱壁与压载是各种水下潜器及潜艇的重要结构形式,研究其对环肋圆柱壳振动声辐射的影响是很有必要的.本文研究了流场中带压载及舱壁的有限长环肋圆柱壳在简谐径向点激励作用下振动与声辐射特性.将舱壁等价为施加在圆柱壳上的线力,舱段底部的压载当做附加质量平摊到壳板上,只考虑其惯性力的影响.基于Flugge薄壳理论和Helmhohz方程,导出加筋圆柱壳的耦合振动方程,计算了耦合结构表面均方速度级和辐射声功率级,分析了舱壁和压载对圆柱壳振动和声辐射的影响.得出以下结论:舱壁对壳体振动的影响要分频段讨论,而对声辐射的影响可以忽略不计;在高频段,压载可有效起到减振降噪的作用.     

有限长双层加肋圆柱壳体的声辐射特性

考虑双层壳间环形实肋板之间的耦合作用,以及壳间水层、实肋板与内外壳体的耦合作用,建立了有限长双层加肋圆柱壳体的振动声辐射模型,数值分析激励力作用位置、肋板数目等对声辐射性能的影响.     

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。     

计及海底井口影响的隔水管涡激振动响应特性试验

在靠近海底井口位置,隔水管周围流场受井口系统的影响发生变化,流固耦合下涡激振动可能诱发隔水管在横流向(CF方向)更为剧烈的振动。为了研究受管土装置影响的隔水管涡激振动响应特性,使用自主设计的管土装置模拟海底井口,采用8 m柔性立管,进行了均匀流下单管和受管土装置影响的涡激振动对比试验。试验通过FBG光纤应变片测得应变信息,使用模态叠加法、FFT变换处理分析试验数据,对比分析2组隔水管的主导频率、应变时历与幅值谱、无因次振幅以及激励力系数等参数沿管径的分布情况。结果发现管土装置影响下,隔水管主导频率减小;CF方向涡激振动增大,振幅沿径向呈非对称特征;涡激振动振幅更大,隔水管受流场的激励与阻尼更为剧烈。     

不同壳体结构的加肋圆柱体声辐射特性分析

文章针对单层壳和双层壳加肋圆柱体,计算比较了在纵向单位力和垂向单位力激励下辐射声曲线。模型采用了自由边界条件。采用了三维水弹性方法,处理结构与流体之间的耦合问题。通过分析辐射声曲线的峰值与单个模态辐射声分量的关系,得出了对辐射声有主要贡献的优势模态。通过比较两种结构形式的辐射声曲线,得出各自声学性能的优缺点,对设计优化低噪声加肋圆柱体结构有着重要指导意义。     

声源激励下锥柱组合壳体水下声辐射特性试验研究

针对单层壳和锥柱组合壳2种典型壳体结构内部强噪声源引起的水下辐射噪声问题,开展小比例缩比模型的振动声辐射试验,给出不同结构形式对声激励下,圆柱壳结构振动与声辐射的影响规律及主导因素。试验结果表明：相同声源激励条件下锥柱组合壳结构声辐射频段总声压级最小。低频段下,单层壳与锥柱组合壳之间总声级差值可达8 dB;500 Hz以下频段声腔模态起主导作用,500～1 500 Hz频段内声腔模态和结构模态共同作用;内部声腔在其固有频率处会造成壳体的强烈耦合效应,从而出现声压级峰值。     

浸没圆柱壳低频自振频率计算中流固与声固耦合模型统一性分析

流固耦合与声固耦合模型是分析流场中圆柱壳自振特性的常用理论模型。现有的研究表明,基于这2种理论模型的流场中圆柱壳低频自振特性计算结果吻合较好,但尚未有关于二者本质联系方面的研究。分别基于这2种理论模型求解浸没圆柱壳的自由振动,基于圆柱壳自由振动的Flügge方程进行相关公式的推导,并提出利用Galerkin法求解特征方程的方法。结果显示,采用该方法既可求得各阶模态固有频率的精确解,又能显著提高运算效率。对2种理论模型进行统一性分析,从贝塞尔函数的性质出发,证实流固与声固耦合模型虽然是基于不同的理论基础,但在求解浸没圆柱壳低频自振特性上其本质上是一致的,且通过算例的对比,证明2种模型在低频段计算结果吻合较好。     

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究

文章研究了小水线面双体船的桨—轴—船体耦合系统在螺旋桨受宽带力激励下的纵向振动特性。建立了考虑周围流体介质作用的桨—轴—船体动态耦合系统的声振数值计算模型,经实船试验表明计算结果与试验结果吻合较好。采用该模型计算分析了桨—轴—船体耦合系统的振动特性。作用在螺旋桨上的激励力传递到船体时,受到轴系子系统的调制作用及推力轴承基座结构的刚度影响,在轴系一阶和二阶纵向振动模态处出现动力放大;考虑螺旋桨的弹性变形时,激励力在螺旋桨的桨叶若干纵向振动模态频率上也出现了明显的放大。在这些低频段的振动模态频率上,船体结构受放大的激励力作用,容易产生共振及声辐射。