Flexural wave bandgap and isolation characteristics of vibration and sound in periodic sandwich plates北大核心CSCD

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。     

结构噪声核心价值与理论逻辑解读 第二部分:阻振质量与复杂巨系统

[目的]与单层、双层和浮筏隔振相比,阻振质量对结构纵波和弯曲波传导衰减很小,研究人员少有兴趣应用这类措施。然而当潜艇声隐身进入"深水区",设计人员有必要用新思维重新审视阻振质量。[方法]为此,应用波传播法(WPA)深入分析简单系统阻振质量的衰减特性,建立其在复杂巨系统中的"统计概念"并指导工程实践。[结结果]结果表明:在集成概念中,阻振质量在巨系统中因累积衰减不再是小量;在无法应用阻抗较低的"软措施"的控制场合,将声隐身设计融入结构功能设计,采用阻抗较高的"硬措施"是发展的必由之路;应建立"间断点"概念和统计理念来研究结构噪声。[结论]从"软措施"到"硬措施"的逐渐转化与演进,对声隐身跨越具有核心价值,也是创新灵感的来源!     

潜艇推进轴系纵向振动模型与解析研究

[目的]为了解决潜艇推进轴系纵向振动问题,[方法]将复杂的潜艇推进轴系简化为均匀阶梯轴系连续模型,采用波分析(WPA)法对各均匀轴段的纵向振动传递关系进行推导。结合实际推进轴系边界条件,给出推进轴系纵向振动在螺旋桨激励下的稳态响应。进一步对推进轴系纵向振动的第1阶固有频率的无量纲公式进行推导,并分析结构参数对固有频率的影响。[结果]将理论计算值与有限元软件仿真结果及实验测试值进行对比,证明了均匀阶梯轴系连续模型的可靠性,可应用于推进轴系纵向振动研究分析。得到的第1阶无量纲公式为后续对潜艇推进轴系纵向振动的分析打下基础。[结论]研究成果具有一定的工程应用价值。     

非均布力激励Euler-Bernoulli梁振动响应的WPA分析

基于弯曲波叠加原理和极限积分思想，推导了非均匀分布力激励下均匀有限长梁振动响应的WPA法解析表达式，并运用WPA法计算了Euler-Bernoulli梁在梯形（三角形）和正弦两种典型非均匀分布力作用下的动态响应，得到其精确数值解，为浮筏隔振系统等的分析奠定了基础。     

周期支撑管路横向振动波传播特性分析（英文）

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点。基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法。在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性。由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内。此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带。本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考。     

混合动力系统的振动控制方法研究浅析

在结构振动传递的控制方面，混合动力系统是一种比较常见的结构形式，但在机理分析时有较大难度。介绍几种研究混合动力系统振动控制的方法，包括传递波法，有限元法，传递矩阵法和统计能量法。传递波法（也称WPA法）因处理该类结构具有的独特优点，因而在工程领域的机理分析中得到广泛的应用。     

周期支撑管路横向振动波传播特性分析

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点.基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法.在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性.由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内.此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带.本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考.     

基于波传播法的水下圆柱壳临界载荷-频率特性分析

基于振动的水下圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。针对基于振动的数值仿真及振动试验预测方法存在的不足之处,提出了基于波传播法的水下圆柱壳失稳载荷的理论求解方法。建立了计及静水压力影响的水下圆柱壳固-液耦合振动方程,基于波传播方法获得耦合系统的频率方程。运用Muller三点迭代法求出水下圆柱壳的固有频率,通过线性拟合的方法求出水下圆柱壳临界载荷的弹性理论解,修正后可得到便于工程应用的临界载荷。结果对比表明了该方法的准确性,且具有方法简便、计算量小和易于参数优化的优点。     

舰船进气格栅隐身性分析及灵敏度计算

[目的]舰船进气格栅的几何参数众多,对所有几何参数开展雷达波隐身性优化的计算成本过大,为此,需掌握格栅雷达散射截面(RCS)灵敏度较大的几何参数序列。[方法]以某典型舰船进气格栅为研究对象,开展进气格栅参数化建模、电磁散射计算参数设定和计算方法研究,利用中心有限差分方法计算各几何参数对屏蔽效率的灵敏度。[结果]获取了各几何参数下的雷达波散射特性变化规律和进气格栅隐身优化的几何参数序列,验证了构建的舰船进气格栅隐身性分析及灵敏度计算方法的合理性和可行性。[结论]分析计算结果可应用于舰船进气格栅的雷达波隐身优化设计中。     

基于波动理论的共振转换器减振特性分析

[目的]共振转换器(RC)作为一种有效的减振装置,在船舶轴系纵向振动控制领域备受关注。鉴于共振转换器内部结构参数与其减振效果密切相关,[方法]面向工程化设计,首先,运用波动理论推导声压在共振转换器内传播的解析式,并构建内部结构参数与其振动机理的物理关系;然后,分析共振转换器外接管系和外接腔体的设计参数对系统插入损失、宽频带内声压级的影响规律及灵敏度。[结果]结果表明,共振转换器在其固有频率处可较好地实现对主系统共振峰的控制。[结论]对于原系统特征线谱消振的需求,需关注外接管系尺寸的选择;而对于频带内声压级总体控制,则需关注外接腔体尺寸的设计。     

多周期稳定数值造波的参数设计方法

[目的]针对数值模拟中波浪随传播时间和距离发生波幅衰减及相位偏移的问题,提出一套可用于多周期稳定造波的参数设计方法.[方法]基于Navier-Stokes方程和流体体积(VOF)方法进行五阶Stokes波数值模拟,通过对一维波动方程的离散形式进行分析,研究几个重要参数对造波效果的影响.最后,应用所提参数设计方法对KCS...     

不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析

[目的]为克服边界及弹性横向支撑对连续多跨梁振动特性研究的束缚,基于欧拉梁理论,建立一种多跨梁自由振动的分析模型。[方法]首先,构造新型改进傅里叶级数形式,用以表示多跨梁在整段上的横向位移函数;其次,将位移函数的级数表达式代入拉格朗日函数中,结合瑞利—里兹法,将自由振动问题变为标准矩阵特征值形式,以求解带有弹性支撑的多跨梁固有频率。[结果]通过在算例部分改变弹性支撑处的横向弹簧刚度值,即可获得中间含任意弹性支撑多跨梁的振动特性,所得结果与已有文献结果的比较充分验证了所提方法可行且正确。[结论]基于改进傅里叶级数法(IFSM),多跨梁振动特性的数值模拟可为多跨梁动态性能提供有效的前期预测手段。     

船舶推进轴系弯—纵耦合效应的非线性振动特性

[目的]大型船舶的推进轴系一般具有轴系长、跨度大、细长比小等特点,其弯曲变形与纵向变形之间易存在弹性耦合效应,从而引起轴系异常振动,影响轴系的安全稳定运行。为了研究轴系弯—纵耦合的非线性振动特性,[方法]利用变分原理推导轴系发生弯—纵耦合时的非线性振动方程,采用有限元法(FEM)、打靶法等数值方法,以及多尺度法等近似解析方法对非线性方程进行求解,并对比分析弯—纵耦合效应对轴系非线性振动特性的影响。[结果]计算结果表明:弯—纵耦合效应将导致轴系响应中出现多频响应、跳跃现象、能量迁移等复杂的振动现象,同时将增加轴系弯曲方向和纵向方向的固有频率。[结论]研究成果可为大型船舶推进轴系的工程设计提供参考。     

基于三维水弹性方法散货船运动与波浪载荷分析

采用三维有限元方法分析船体干结构在真空中的振动模态,结合模态叠加法和边界元法计算船体在流场中的水弹性主坐标响应,给出船体剖面载荷。讨论波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,分析表明,大型船舶的弹性效应较为明显,在高频处容易发生波激振动现象,而波激振动加大了船体结构的疲劳损伤。     

船舶推进轴系纵向振动共振转换器的优化设计

[目的]在推力轴承上集成共振转换器(RC)可以改变轴系纵向振动的传递路径,衰减传递到基座的响应使轴系的固有频率避开螺旋桨叶频及其倍叶频激励力,从而实现减振、调频的目的。[方方法]为此,建立推进轴系纵向振动的力学模型,基于传递矩阵法计算桨轴系统的振动响应,以力传递率为指标,分析RC的主要参数对推进轴系隔振效果的影响,分别采用最大值最小化方法和曲线面积最小的参数修正方法,对RC的主要参数进行优化设计。[结果]研究结果表明:加装RC后,轴系的隔振效果得到了明显的改善,采用曲线面积最小修正的优化设计方法可使RC的减振调频效果更佳。[结论]通过对RC结构参数的合理设计能使减振系统获得优良的隔振效果。     

湍流边界层激励下平板辐射噪声数值计算方法

[目的]湍流边界层(TBL)激励下的结构辐射噪声(也称"流激噪声")是水下航行体的重要噪声源,因此,对流激噪声数值计算方法的研究具有重要意义。[方法]基于LMS Virtual Lab数值计算软件,以Corcos湍流脉动压力频率波数模型作为输入,采用主成分分析(PCA)法和振动—声传递向量(VATV)法计算湍流边界层激励下平板结构的流激噪声,并对两种方法的正确性进行验证,比较分析两种方法的计算时间及得到的声压自功率谱密度(ASD)曲线。[结果]结果表明,这两种方法均可有效计算湍流边界层激励下的结构流激噪声,且计算结果基本一致;和PCA法相比,VATV法所占用的计算资源更少,能快速预报结构的流激噪声;相较于VATV法,PCA法还可以得到结构振动响应结果。[结论]该研究结果对水下结构流激噪声快速预报具有一定的参考价值。     

含负刚度动力吸振的混合隔振系统振动冲击响应特性分析

[目的]针对舰船大型机械设备振动冲击隔离对高传递损失减振抗冲元器件的需求,[方法]基于负刚度动力吸振机理,构建一种含负刚度(NS)元件的动力吸振器(DVA)混合隔振系统。建立刚性基础上的无量纲动力学模型,在激励力作用下,运用不动点法获得隔振系统最优传递时的最优刚度比和阻尼比。基于龙格—库塔(Runge-Kutta)方法研究不同冲击脉宽下具有最优参数的隔振系统在基础激励下的冲击响应,并与传统动力吸振器的冲击响应进行比较分析。[结果]结果表明:在一定参数下,该混合隔振系统具有无谐振峰的传递特性;在不同脉宽下,其冲击加速度响应和相对位移均比传统动力吸振器的要小。[结论]所提含负刚度动力吸振的混合隔振系统可为大载荷、高传递损失的减振抗冲器设计提供一种新思路。     

船舶推力轴承弹性支承的轴系纵振减振性能研究

运用结构弹性波理论,以推力轴承及其弹性支承系统作为一端边界条件,建立推进轴系纵向振动理论模型,详细推导轴系纵向振动特征频率方程,基于泰勒级数展开得到轴系纵振一阶固有频率估算解析式;结合某型船舶参数,重点对比研究集成隔振系统与RC支承子系统对轴系纵振衰减效果,分析结果表明:集成隔振系统能够在较大频段内有效衰减轴系纵向振动,而RC支承子系统表现动力吸振特性;在保证轴系运行安全性的基础上,增大集成隔振系统质量或减小RC支承子系统质量有助于扩大减振频段。     

舰船轴系纵向减振器参数优化方法

[目的]轴系的纵向振动是引起船体振动的重要因素之一,安装纵向减振器能有效减小轴系纵向振动,进而控制船体的振动噪声,但减振器参数的变化会引起轴系振动特性的变化。[方法]以某轴系试验平台为研究对象,建立有限元模型,在直线校中状态下,分析轴系纵向刚度与其纵向振动的关系。在此基础上,建立该轴系纵向减振模型,对减振器参数进行无量纲化,保持减振器质量不变,采用寻优算法求解减振器的优化阻尼值和刚度值。[结果]通过比较轴系纵向减振器参数优化前、后轴系的纵向振动频域响应情况,表明减振器参数优化后可有效减小该轴系的纵向振动。[结论]研究结果能够为轴系纵向减振器参数优化提供理论依据。     

考虑作动器输出约束的分散中间质量混合隔振系统建模分析

[目的]研究舰船主动隔振系统的能量波动特性。[方法]首先,建立一种浮筏混合隔振系统广义数理模型,包含有多向复合扰动振源、分布参数主/被动一体式隔振器、分散中间质量及弹性安装基础,并从声振能传递与控制角度揭示系统的耦合振动机理。然后,结合工程中隔振系统的应用,设置等中间质量的浮筏隔振系统作为参照组,研究隔振器内共振、中间结构波动效应、中间质量与机器质量比以及不同作动器布置方案对系统能量传递的影响。[结果]分析结果表明:相比于传统的浮筏隔振系统,尤其是在中、高频共振区,分散中间质量隔振系统对于振动能量的隔离效果有明显的提高;对作动器施加约束降低了未施加约束时的理论预测误差。[结论]此类混合隔振系统在整个频段内具有良好的隔振效果,隔离性能超过传统隔振系统15 dB以上,且考虑作动器输出约束后更符合工程实际。