动态刚度阵法在船体总振动计算中的应用

采用动态刚度阵法计算船体总振动的固有频率.该方法不但能简化计算模型,而且能获得较高精度的高阶固有频率.首先通过直接求解等直Timoshenko梁单元的运动微分方程,导出考虑剪切变形和转动惯量影响的平面梁单元动态刚度阵的解析表达形式;其次采用Wittrick-Williams算法结合二分法求解特征值;最后采用本方法计算299 500DWT超大型油船船体总振动的固有频率,并分别与一维梁有限元法和三维全船有限元法计算结果以及实测值进行比较,验证了方法的精确性和有效性.     

水下结构声固耦合振动的特征值计算

针对水下结构声固耦合振动计算中出现的非对称矩阵(与频率相关)的特征值问题,本文基于共轭子空间迭代法,提出了计算水下结构振动固有频率和振型的双重迭代算法.数值算例表明:该算法收敛性好,用于水下结构声固耦合振动的特征值计算是有效的.文中分别将流体视为不可压缩和可压缩两种情况建立了流固耦合方程,计算了板、加筋板和方箱振动的固有频率和振型,将干模态和湿模态、不可压缩流体和可压缩流体的计算结果进行了比较,并分析了结构刚度和流体边界条件对附加水质量影响系数的影响.     

船艉结构三维有限元动力分析

以艉部结构为例，阐述对船体结构进行三维有限元动力分析的基本过程和关键技术。建立艉部结构三维有限元模型，使用Fluent软件计算螺旋桨脉动压力，采用Helmholtz方法计算附连水质量；为了消除局部模态的干扰，使用模态参与因子提取结构的整体模态；计算结构的固有频率、模态、速度和加速度等动力学参数。实例分析表明所采用的分析方法能够准确预报结构的振动特性。     

Sensitivity analysis and dynamic modification of modal parameter in mechanical transmission system

Sensitivity analysis is one of the effective methods in the dynamic modification. The sensitivity of the modal parameters such as the natural frequencies and mode shapes in undamped free vibration of mechanical transmission system is analyzed in this paper. In particular,the sensitivities of the modal parameters to physical parameters of shaft system such as the inertia and stiffness are given. A calculation formula for dynamic modification is presented based on the analysis of modal parameter. With a mechanical transmission system as an example, the sensitivities of natural frequencies and modes shape are calculated and analyzed. Furthermore, the dynamic modification is also carried out and a good result is obtained.     

动态有限元法在船体板架振动计算中的应用

该文通过直接求解轴向受载的均匀Timoshenko梁单元扭转振动和弯曲振动的运动微分议程，导出了考虑轴向力，剪切变形和转动惯量的平面板架的动态刚度短阵的解析表达式，并用改进的二分法求解频率特征议程，经对处于复杂弯曲状态的船体板架振动的数值计算，验证了本方法的精确性和有效性。     

三维复杂弹性耦合冲击隔离系统建模研究

针对带弹性筏体和弹性基础的三维复杂弹性耦合冲击隔离系统,综合运用多体动力学理论、结构动力学理论、子结构方法、有限元方法,考虑系统刚体运动与弹性振动的耦合,建立了三维复杂弹性耦合冲击隔离系统的动力学模型;编写计算程序计算系统的固有频率,并与用ANSYS软件建模计算的固有频率和实验值进行比较,结果吻合得较好,通过试验工况下计算的机组加速度响应与实测结果的比较,验证了模型的正确性;最后计算分析系统在三向冲击激励下的动力学响应,为分析浮筏系统的冲击响应控制和参数优化奠定理论基础。     

结构振动模型和刚度矩阵对地震响应影响研究

对平面钢框架算例模型分别采用质点系、双翼鱼刺型和杆系振动模型输入天然和人工地震波进行地震响应时程分析.在分析中,与质点系振动模型相关的结构侧移刚度矩阵由反弯点法、D值法、非线性静力分析法以及柔度法确定;与双翼鱼刺型振动模型相关的结构侧移刚度矩阵由双鱼刺法确定;与杆系振动模型相关的结构侧移刚度矩阵由矩阵位移法确定.通过算例讨论了采用上述不同方法确定的结构侧移刚度对结构地震响应影响.     

芯层可压缩的夹层梁动态刚度矩阵研究

该文推导了考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁的动态刚度矩阵,为动态刚度矩阵方法提供了一种新的单元类型。首先给出了一种考虑夹层梁芯层垂向压缩变形影响的夹层梁位移模式,推导了相应的夹层梁动能和势能,根据Hamilton原理推导了其控制微分方程,按动态刚度矩阵的一般推导过程推导了考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁动态刚度矩阵。计算结果表明文中推导的夹层梁动态刚度矩阵是正确可靠的;在夹层梁的动态刚度矩阵推导和高频振动计算中考虑芯层垂向压缩变形是合理的。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,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,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,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.     

基于复合建模方法的轴系扭转振动特性及仿真

为了提高主机轴系计算准确度,本文提出了一种新型的主机轴系建模方法,该方法将主机轴系分为连续子系统和离散子系统。推进轴段如螺旋桨轴、中间轴、螺旋桨及法兰划分为连续子系统,柴油机曲轴端划分为离散子系统。分别应用波分析法和多自由度动力特性分析,得到连续子系统和离散子系统的控制方程,同时通过边界条件将两个子系统动态刚度矩阵连接,推导出全局控制方程。对某型主机轴系扭转振动计算进行了仿真分析,并与传统建模方法比较。从计算结果可知,在高阶模态上,新型建模方法计算更精确,更接近真实振动状态,同时在保证相同计算精度的情况下,新型建模计算方法计算时间和计算资源占用较少,相对更为简便。同时,新型建模方法克服了当模态节点集中于轴段时,传统建模方法由于将轴系等效为一至两个质量单元而引起的节点偏移所带来的误差,这在实际主机轴系计算特别是长推进轴和刚度较低的轴系中具有重要意义。     

梁状浮筏隔振系统的降价建模方法

本文提出了一种梁状浮筏隔振系统结构形式。该系统是由２根自由－自由梁和连接民梁、梁与基础的弹簧及阻尼组成。为了减少在动力分析和结构动力优化设计中的计算工作量，本文提出了一种降价建模方法。由该方法得到的降价系统，能够很好地保留由示缩聚有限元模型建立起来的系统低阶动特性。与部件模态综合法相比，该方法形成降价系统的总刚度矩阵和质量矩阵过程简单，且计算结果通常不需要坐标转换即可求得系统的动力响应， 实例计算     

双层隔振系统结构参数改变对结构振动的影响

本文应用有限元法研究了流-固耦合条件下船舶隔振系统结构振动问题的计算方法,在考虑流-固耦合状态下,详细研究了双层隔振系统主要结构参数改变对系统结构振动响应的影响,如上下层隔振器刚度、中间体与被隔设备的质量比以及基座弹性模量等,同时进行了计算和试验结果对比分析.     

弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性分析

使用Gram-Schmidt正交化构造了满足圆柱壳自由边界条件的一组正交多项式,并以此为基函数构造圆柱壳的振动位移表达式;在此基础上,基于Sanders壳体理论,利用Rayleigh-Ritz法,提出了一种用于分析弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性的方法。利用该方法,求解了两端简支的正交加肋圆柱壳的自由振动固有频率,将其与文献结果对比,验证了文中方法的正确性;该文还分析了边界各方向约束刚度对正交加肋圆柱壳振动特性的影响。研究表明,本文的方法收敛性好,计算效率高,且可用于分析受经典边界约束的加肋壳振动特性,具有很强的通用性。     

对一型潜器的水下振动响应分析

文章基于三维水弹性方法,分析了一型潜水器水下航行中的振动响应特性,通过求解干模态的广义坐标响应及对应的附连水质量,确定了干模态频率和湿谐振频率的对应关系。该文预报的水下响应曲线的峰值频率得到了水声试验测试结果的印证,说明了三维水弹性方法在求解水下结构振动响应问题上的有效性。文中最后对潜器尾部结构进行了改进,改进前后速度响应幅值曲线的比对表明,增加尾部纵桁结构的刚度对抑制潜器的尾部振动有明显的效果。     

基于BEM/FEM计算浸水结构振动特性

应用直接边界元和有限元方法分析水下结构体的固有频率和振动特性,根据边界元理论编译出相应的程序来计算水下结构的附加质量矩阵,将附加质量矩阵与现有的有限元程序相结合,分析水下结构体的固有频率和振动特性,以浸没于流体介质中的圆柱壳为例,通过与近似理论值的对比验证了数值计算结果的可靠性,表明流体介质改变了结构的振动特性.     

边界任意弹性约束薄板的横向振动(英文)

This paper presents an analytical study on the influence of edge restraining stiffness on the transverse vibrations of rectangular plate structure. An improved Fourier series method was employed to analyze the transverse vibration of plate structure with general elastically restrained boundary conditions. A linear combination of a double Fourier series and eight auxiliary terms was sought as the admissible function of the flexural displacement of the plate, each term being a combination of a polynomial function and a single cosine series expansion. The auxiliary terms were introduced to ensure and improve the smoothness of the original displacement function and its derivatives at the boundaries. Several numerical examples were given to demonstrate the validity and accuracy of the current solution. The influences of translational and rotational stiffness on the natural frequencies and mode shapes of plate were analyzed by numerical results. The results show that the translational stiffness has bigger influence on the natural frequencies than the rotational stiffness. It is generally well known that little change of the rotational stiffness has little influence on the mode shapes of plate. However, the current work shows that a very little change of rotational stiffness value may lead to a large change of the mode shapes of a square plate structure.     

基于灰色理论的水下双层壳体振动与声辐射统计能量分析

本文采用统计能量分析对一双层圆柱壳体在水下的流固耦合振动和声辐射进行分析计算.首先对各系统的模态参数采用理论方法计算,与实验结果对比表明,误差较大.为此,本文提出用灰色理论预测各子系统模态参数,通过计算结果与实验结果进行对比,表明提出的方法可行,可以显著降低计算误差,为水下结构振动和声辐射计算提供了一个新思路.     

基于波分析法油膜刚度对轴系扭转振动影响的研究

为确保带减速齿轮箱主推进系统的可靠性,文章对船舶轴系的扭转振动进行了研究。首先根据各组成部件的特点将轴系分解为连续和离散的两个子系统,分别利用波分析法和多自由度系统分析法列出连续子系统的波动形式及离散子系统的振动微分方程,同时考虑了减速齿轮箱油膜刚度的影响。然后根据两子系统连接处的动态平衡和连续条件,建立整个轴系在扭转振动模式下总运动方程,通过求解总方程得到系统的位移响应。该扭转振动分析被应用到某LNG船带减速齿轮箱的轴系振动计算中,通过考虑轴系减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度使轴系扭转振动模型更接近轴系实际运转工况。计算结果显示：随着减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度的增加,最大轴系扭转应力向低转速区域偏移。这对船舶轴系转速禁区的划分产生极大的影响。有助于防止因不良轴系振动计算引起轴系事故的发生。     

船体艉部减振的非线性碟簧动力吸振器的宽带优化设计

采用有限元法、改善的动力缩减法和数值积分法研究了减小船体艉部振动的非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计,通过结合具体的应用实例系统讨论了非线性碟簧动力吸振器的线性刚度、粘性阻尼、Coulomb阻尼、刚度非线性和弹簧组合系数与抑振带宽的关系,试图对船体梁这类复杂结构的非线性动力吸振器的理论和研究方法予以创新和发展。     

Analytical and experimental study of free vibration of beams carrying multiple masses and springs

The structures in engineering can be simplified intoelastic beams with concentrated masses and elastic spring supports.Studying the law of vibration of the beams can be a help in guidingits design and avoiding resonance. Based on the Laplace transformmethod, the mode shape functions and the frequency equations ofthe beams in the typical boundary conditions are derived. Acantilever beam with a lumped mass and a spring is selected toobtain its natural frequencies and mode shape functions. Anexperiment was conducted in order to get the modal parameters ofthe beam based on the NExT-ERA method. By comparing theanalytical and experimental results, the effects of the locations ofthe mass and spring on the modal parameter are discussed. Thevariation of the natural frequencies was obtained with the changingstiffness coefficient and mass coefficient, respectively. The findingsprovide a reference for the vibration analysis methods and thelumped parameters layout design of elastic beams used inengineering.