应用奇点法计算流体对结构振动的影响以及关于附连水质量的相似关系

本文把流体力学奇点法与结构有限元法相结合,计算流体对结构振动的影响。这种方法用结构浸水面上的边界元代替流体所占空间内的流体元,可以大大节省计算机容量和减少计算机时。本文还分析了附连水质量计算中的相似关系。文中得出的这些关系使得有可能应用奇点法和有限元法的计算结果为一些较复杂形状的结构得出简便而实用的附连水质量计算公式。文中给出了应用作者所编计算机程序计算附连水质量和水中结构固有振动频率的实际例子——不同浸水情况下的平板、带弹性防挠材的板、实船底部板格以及船舶艉部立体舱段。计算结果与试验结果进行了比较,二者基本符合。     

流固耦合振动有限元分析中的流体弱耦合项摄动法

在流固耦合的振动分析中,不可压流体的有限单元法导致充满的附连水质量矩阵,从而破坏了结构矩阵的稀带性。本文采用流体有限元模型的Guyan 减缩,先放弃其流体专有耦合项矩阵(弱耦合项矩阵)进行计算,然后将弱耦合项矩阵对计算结果加以摄动修正,取得了与流体满阵解相当一致的结果。     

有限水域棒束附连水质量规律试验研究

本文对一个水箱内不同位置插入试验棒的模型进行试验研究。试验包含对棒的水平激振试验和对基座的水平冲击试验两部分,试验得出棒各阶附连水质量与其在无限水域中各阶附连水质量的比例系数,激励垂直于边界时,棒距边界距离越大附连水质量越小,平行时影响不大;激振试验中激励与两棒轴线共面时,附连水质量随棒间距增大而减小,且随棒数增多而变大,垂直时影响不明显;冲击试验中因两棒做同相位振动,故共面时附连水质量随棒间距增大而增大,垂直时相反。随着距离进一步增大,上述所有状态最终都趋于无限水域中单棒附连水质量。     

旋转壳体的干,湿模态研究

本文用振动试验建模的方法来探索旋转壳体的干、湿模态参数及其非线性振动特性。还分析了附连水质量与水域大小的关系以及附连水质量对振动特性变化的影响。     

流固耦合计算及导管振动研究

本文把结构有限元法和流体奇点法结合起来,用模态分析的原理求解任意形状的平面或空间浸水结构的前几谐调的附连水质量和固有频率。并编制了流固耦合振动的通用程序。对自由液面、水底平面和岸壁的各种组合边界条件,在程序中应用映射技巧处理。文中给出了导管模型在空气中和水中的振动试验结果以及用所编程序对该导管的计算结果,还导出了导管附连水质量的近似估算公式。     

流固耦合振动流体边界元拟湿模态综合法

本文用流体边界元结合結构模态综合技术对大型结构的流固耦合问题的计算方法进行了研究。基于对用常数边界元计算附连水质量的物理意义的研究,并结合结构部分的计算,提出了一种假设的模态——拟湿模态。数值计算表明,本文的理论结果有足够的精度。     

螺旋桨附连水效应的数值计算方法研究

在船舶推进轴系振动和校中计算分析中,螺旋桨在流场中引起的附连水效应是一个很重要的参数。但实际计算中,螺旋桨附连水效应一般用其自身转动惯量和质量乘以一个经验系数来得到。针对该不足,文章介绍了分析螺旋桨附连水效应的稳态谐响应数值计算方法和常用经验公式。通过对一个多用途船的螺旋桨附连水效应进行数值计算,并与经验公式的估算结果进行对比分析,误差均在合理范围内,验证了该数值方法的可应用性。     

基于ANSYS的三圆柱附连水质量计算

对三体船总振动预报,需计算参与振动的附连水质量。采用ANSYS流固耦合方法模拟了一系列的不同尺度比、不同间距的三圆柱在水中振动特性,并计算附连水质量。三圆柱体的振动附连水质量随着片体增大而增加,垂向附连水质量随着片体与主体的间距增大而减小,水平振动附连水则相反,但最终都趋向于3个单独的圆柱体附连水质量之和,并根据所求结果在单圆柱体的基础上给出一个修正系数来求三圆柱体的附连水质量,并推广到三体船上。     

无限长圆柱壳附连水质量与波数的关系

本文以浸在无限域流场中无限长圆柱壳的自由振动为例，利用势流理论，导出了附连水质量与壳体弯曲振动的轴向和周向波数的关系，并证明了附连水质量解法与精确解法的统一性，从而提出模态附连水质量的概念。     

基于动网格的双圆柱体附连水质量的数值计算方法研究

介绍采用CFD软件Fluent数值计算双圆柱体附连水质量的简便方法。该方法计算出的附连水质量与试验值相比有较好的精度,可以推广于多体船总振动的附连水质量的计算。     

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.     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体-固体有限元组成的杂交子结构模型基础上.对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构的两种模态——模综超元法中的动力变换模态和Craig的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义坐标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得两种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及Craig法的阶数完全相同,大大减少了计算机时。 通过曲弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与P.C.Chowdhury用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。     

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。     

A theory of coupled beams for strength assessment of passenger ships

This paper describes a coupled beam method, which estimates elastic response in the longitudinal bending of a passenger ship with a large multi-deck superstructure. The method can be applied during an early project stage, when detailed three-dimensional finite element modelling is not yet possible. The theory is based on the assumption that each deck in the superstructure and also the main hull can be considered as a thin-walled beam. These beams are coupled to adjacent beams with springs modelling vertical and shear stiffness. The shear effect in the side and deck structures is included with options for large openings. As a result, the method allows for the calculation of the normal stresses and vertical deflections in the arbitrary location of the hull girder. Average longitudinal displacements of deck structures and shear stresses in the side structures can be estimated as well. Simplified structures were analysed in order to validate the coupled beam method against the three-dimensional finite element method.     

Fully coupled BEM-FEM analysis for ship hydroelasticity in waves

This paper considers the problem of ship hydroelasticity, which is an important technical issue in the design of ultra-large vessels. For the analysis of fluid-structure interaction problems, a partitioned method is applied. The fluid domain surrounding a flexible body is solved using a B-spline Rankine panel method, and the structural domain is handled with a three-dimensional finite element method. The two distinct methods are fully coupled in the time domain by using an implicit iterative scheme. The numerical results of natural frequency and the motion responses of simple and segmented barges are computed to validate the present method through comparisons with experimental and numerical results. This study extends to the application to two real ships, 6500 TEU and 10,000 TEU containerships, for more validation and also observation on the practicality of the present method. Based on this study, it is found that the present method provides reliable solutions to linear ship hydroelasticity problems.     

轻质夹芯复合材料结构强度评估方法研究

由于具有高强度、高模量、重量轻、耐腐蚀的优良特点,复合材料在船舶上的应用逐渐成为研究热点.目前可查阅的关于船体复合材料结构强度校核的文献很罕见以及各种规范对船体复合材料结构强度校核尚未给出明确的说明.与各向同性材料的强度评估方法相比,复合材料强度评估有很大的不同.本文基于试验结果,分别采用壳单元、实体-壳单元和实体单元模型对复合材料结构进行数值分析,确定用于轻质夹芯复合材料结构强度评估的合理有限元模型.基于渐进损伤分析理论,采用Tsai-Wu失效准则和突降退化模型,对轻质夹芯复合材料的极限强度进行评估.结果表明:计及结果精确性与计算成本,可用壳单元模型分析复合材料结构的应力-应变分布;渐进损伤分析方法结合材料退化模型不仅有效地对复合材料结构的极限强度进行预测,同时还能判断材料的失效模式.     

空中爆炸下舰船桅杆结构动态响应的数值模拟

对某舰的桅杆结构及相关甲板,用Lagrange单元进行模拟,桅杆周围的空气用Euler单元进行模拟,Lagrange单元和Euler单元耦合界面采用一般耦合方法.运用动力有限元软件MSC/DYTRAN进行计算,欧拉方程求解时使用具有二阶精度的Roe求解器,用MSC/PATRAN进行前后处理,模拟了桅杆结构在空中爆炸下的全过程.从计算结果可以得到爆炸冲击波的传播过程,桅杆结构中各点的加速度、速度、位移、应力响应.分析爆炸冲击波的比冲量及靠近桅杆结构的冲击波峰值压力表明本文计算结果是合理的;计算中考虑了流固耦合效应,模拟出了冲击波的反射和绕流,更加接近实际情况.因此文中的研究,对桅杆抗爆设计具有一定的参考价值.     

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.     

Fluid-structure coupled analysis of underwater cylindrical shells

Underwater cylindrical shell structures have been found a wide of application in many engineering fields, such as the element of marine, oil platforms, etc. The coupled vibration analysis is a hot issue for these underwater structures. The vibration characteristics of underwater structures are influenced not only by hydrodynamic pressure but also by hydrostatic pressure corresponding to different water depths. In this study, an acoustic finite element method was used to evaluate the underwater structures. Taken the hydrostatic pressure into account in terms of initial stress stiffness, an acoustical fluid-structure coupled analysis of underwater cylindrical shells has been made to study the effect of hydrodynamic pressures on natural frequency and sound radiation. By comparing with the frequencies obtained by the acoustic finite element method and by the added mass method based on the Bessel function, the validity of present analysis was checked. Finally, test samples of the sound radiation of stiffened cylindrical shells were acquired by a harmonic acoustic analysis. The results showed that hydrostatic pressure plays an important role in determining a large submerged body motion, and the characteristics of sound radiation change with water depth. Furthermore, the analysis methods and the results are of significant reference value for studies of other complicated submarine structures.