基于数值方法求解的周期加筋板声振特性研究

为了研究周期加筋板的声振特性,在文献所建立的周期加筋板声振理论耦合方程解析表达式的基础上,先给出一种便于编程的数值求解方法,然后研究加强筋间距对周期加筋板声振特性的影响规律。数值结果表明:周期加筋板的横向位移谱中存在3个特征区域;随之加强筋间距增加,周期加筋板的声振特性将趋于平板特性,远场辐射声压(SPL)曲线会向低频段偏移。     

声学黑洞加筋板结构的声振特性分析

基于声学黑洞与加强筋这两种结构设计出声学黑洞加筋板,通过建立声学黑洞加筋板、加强筋的有限元模型,对两种结构的声辐射特性、振动能量分布与传递特性开展研究。仿真结果表明：在高于截止频率时声学黑洞加筋板的辐射声功率级比普通加筋板降低8～20 dB,由于敷设的局部阻尼使聚集在声学黑洞区域的振动能得到有效的耗散,因此其振动水平下降明显且与声场耦合变弱;通过分析振动能量分布特性验证了声学黑洞加筋板结构大部分动能聚集在声学黑洞区域,减弱整体结构的振动水平;振动传递特性揭示了声学黑洞加筋板受声学黑洞聚能与加强筋阻振的叠加效应,相比于普通加筋板,声学黑洞加筋板具有更优的减振降噪性能。     

基于ANSYS的复合材料帽型骨材结构优化及等效研究

建立无芯材、含PUR芯材、PVC芯材三种结构的复合材料帽型骨材有限元模型,分别采用梁单元和壳单元模拟帽型骨材加筋梁,在满足相应的约束条件下,对帽型骨材加筋板结构的有限元模型进行优化分析。结果表明,对于局部结构的有限元模型,骨材中的PUR和PVC泡沫芯材可以不计;建立整船模型时可用梁单元代替壳单元模拟帽型骨材加筋梁;运用ANSYS的APDL语言编程进行帽型骨材加筋板架优化分析,实现了目标最优。     

双层加筋板水下声振耦合特性研究

文章以双层加筋板为对象,分别采用传统的结构有限元耦合声学边界元(FEM/BEM)方法和结构有限元/声学自动匹配层(FEM/AML)直接声振耦合计算方法,计算了结构水下辐射噪声,并对两种方法进行对比分析,验证了FEM/AML直接声振耦合算法的准确性及高效性。在此基础上,采用FEM/AML直接声振耦合计算方法研究了双层加筋板结构单面触水的声振耦合特性,分析了载荷位置、载荷的性质,双层板的板厚、筋板的厚度以及布置方式等结构参数对辐射噪声的影响。     

浸水板式结构的动力特性与声辐射特性数值分析

以镶嵌在无限大刚性障板上的板和板加筋结构为研究对象,应用Rayleigh积分计算得到流体对结构的加载效应以附加质量的形式,叠加到有限元离散的结构动力方程中进行耦合.针对附加质量矩阵不对称的特点应用Lanczos-QR算法求取非对称阵的广义特征值和特征向量问题,基于结构表面振速计算声功率,并基于能量的概念计算声辐射阻尼.研究分析了流体可压缩性、附加质量计算频率、板厚以及加筋方式对板式结构的振动特性影响,和流体特性、激励位置、板厚、加筋方式、边界条件对板式结构的声辐射特性影响,为板和板加筋结构振动噪声预报提供了一定依据.     

考虑横向剪切变形下水中矩形板声振特性研究

基于Mindlin板振动理论,获得镶嵌在无限大障板中的矩形简支板的横向振动方程,并研究矩形板在空气和水中的振动和声辐射特性。根据哈密尔顿(Hamilton)原理建立结构系统总能量关系,利用结构质量矩阵和刚度矩阵建立简谐点激励下水中简支矩形板的声振耦合方程,采用模态叠加法表示结构振动响应、声辐射阻抗方程以及结构辐射声功率,分析了单一模态量和整体量的相互关系,讨论了自辐射模态和互辐射模态的变化规律,并比较了空气和水中矩形板结构声振特性。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

均匀流中单向加筋平板远场声辐射特性研究

本文从最简单的光滑平板开始,建立其均匀流中振动和声辐射的理论模型,给出研究声振耦合系统的基本思路;然后以此为基础进一步开展结构稍复杂的单向加筋平板声振特性理论研究,建立研究均匀流中单向加筋平板声振特性的基本理论模型和计算方法,为更复杂的舰艇结构声振特性研究奠定基础。数值研究中先通过有效分析和收敛性分析验证所建立理论模型的有效性及级数解所需项数,在此基础上再分析流速、材料属性以及结构尺寸对均匀流中单向加筋平板远场声辐射特性的影响规律。     

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.     

基于工程应用的加肋板结构的振动特性分析

采用谐波法和傅里叶变换相结合的方法分析了正交周期加肋板结构在谐振力激励下的振动响应特性。通过薄板与加强肋的边界连续条件,建立了水流体负载下的加肋板结构的振动位移方程。根据结构的周期特性、泊松公式及傅里叶变换等数学方法推导出频域内结构辐射声压及加强肋作用力关于周期加肋板结构振动位移的方程表达式,并将其位移表达为谐波量的迭加函数形式,最终通过数值截断方法求解振动位移的谐波分量值。本文分析了加强肋对结构振动响应的影响,并为加肋板结构的声振特性研究提供了一种半解析方法。     

周期性阻振质量船体板振动带隙特性研究

基于固体晶格能带理论,研究了周期性阻振质量船体板结构中振动波传播特性.采用有限元法结合布洛赫周期性边界条件,计算了周期性阻振质量船体板原胞模型的频散关系、本征位移场以及有限周期阻振质量船体板结构的频率响应函数.研究结果表明,周期性阻振质量船体板结构中存在振动带隙,阻振质量对船体板结构振动波衰减和阻隔特性主要是由振动带隙引起.     

基于波动法的双层板振动功率流分析

[目的]耦合双层板结构是船体中的常见结构,研究其结构振动及其功率流特性具有重要意义。[方法]基于薄板理论,采用波动法建立有限尺寸双层板的振动模型,在结构耦合及激励处离散,由连续条件将各离散板的运动方程组装。运用上述方法,验证波动法解析解与有限元法数值解的准确性。在此基础上,分析激励力角度、连接件角度及其厚度对振动功率流的影响。[结果]研究结果表明:弯曲振动功率流和面内振动功率流均随着频率的增加而增大,而面内振动功率流在低频段远小于弯曲振动功率流,随着频率的增加,二者逐渐靠近;弯曲振动功率流在全频段随着激励力角度的增加而增大,面内振动功率流在高频段随之减小;随着连接件的倾角和厚度的增大,都会使接收板的振动功率流降低。[结论]研究结果对于双层板结构的设计及应用具有一定的参考价值。     

含损伤加筋板结构声辐射阻尼变异研究

从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念,考虑到辐射阻尼的特性,文章采用结构振动时耗散能量与振动总能量的比来建立辐射阻尼的数学模型,并用数值计算的方法研究简支板结构的声辐射阻尼特性.在研究结构损伤对声辐射阻尼影响的时候,以加筋板结构为例,计算结构不同损伤情况下的声辐射阻尼.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Kachanov理论,引入了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,计算分析了损伤对声辐射阻尼的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,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.     

复合材料加筋夹层板动力学固有特性影响因素分析

以复合材料加筋夹层板为研究对象,基于有限元分析,对不同加筋结构方案、加强筋不同宽高比以及不同加强筋芯材对其固有振动特性的影响规律进行了研究。在总重量相当条件下,对比分析了一字型、十字型、卄字型及井字形等四种不同加筋结构方案夹层板的静刚度特性及固有振动特性;以一字型加筋板为研究对象,以加强筋横截面面积为优化约束条件,研究了不同宽高比加强筋对加筋板固有振动频率的影响;对比探讨了一字型加筋板中加强筋芯材弹性模量的变化对结构固有振动特性的影响规律。结果表明：适当选择加筋形式、加强筋宽高比以及加强筋芯材能够有效提高复合材料加筋夹层板的静刚度特性及固有振动特性,为复合材料夹层板的工程应用与改进提供了参考。     

含损伤加筋板结构辐射声功率及指向性变异研究

本文采用结构声振特性中常用参数辐射声功率和辐射指向性来研究含损伤加筋结构的声辐射特性,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的辐射声功率和远场指向性.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.针对各向同性损伤单元,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Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压,进而可以得到辐射声功率和辐射指向性.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及辐射声功率和指向性的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,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.     

加筋板结构声传输研究

采用有限元法和Rayleigh积分建立了空气中嵌在无限大刚性障板上加筋板结构在简谐平面声波斜入射情况下的声传输计算模型。并研究分析了加筋板结构的板厚、肋骨惯性矩和间距、边界条件、板材和平面声波入射角度等对结构传声损失的影响以及平面声波入射角度与隔声低谷的关系。得到了一些有意义的结论。从而为揭示加筋板结构声传输特性，改善结构的隔声性能提供了一定的依据。     

短路冲击下的船用柴油机瞬态扭振特性分析

[目的]为提出船用柴油发电机组的轴系扭振参数优化方案,需分析其在短路冲击下的瞬态扭转振动特性。[方法]采用Newmark法,以某型20 V柴油发电机组的短路冲击工况为例,对比不同轴系参数对轴系瞬态扭振特性的影响规律,进而基于参数优化结果来确定新的机组减振器刚度与联轴器刚度选配方案。[结果]研究结果表明：发生短路冲击时,轴系扭振特性将显著恶化;经优化之后（将扭振减振器刚度、联轴器刚度分别优选为原始值的0.9和0.70倍）,短路冲击工况下的电机轴瞬时最大附加应力、联轴器瞬时最大扭矩、曲轴各轴段瞬时最大应力分别降低了13.43%,10.51%,5.29%。[结论]该参数优化方案可以有效降低轴系的瞬态扭振水平,研究成果可为柴油发电机组的减振降噪设计提供参考。     

平板与周期加筋阻尼板间耦合损耗因子的研究

耦合损耗因子是统计能量分析中唯一用于表征耦合系统间能量交换的重要参数，本文在波传递理论基础上，分析了周期加筋阻尼板的波传播特性：即对于周期加筋阻尼板无论是在波的传播域，还是在波的衰减域都减域缩小。结合统计能量分析法，讨论了加强筋宽度、材料阻尼对耦合损耗因子的影响，得到了增加加筋板阻尼损耗因子，使平板至加筋板的耦合损耗因子增大的结论。     

纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计

[目的]为了提高结构第1阶总体弯曲模态频率并降低低频范围纵横加筋圆锥壳尾端处的加速度总级,建立纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计的数学模型。[方法]采用有限元软件ANSYS对纵横加筋圆锥壳进行参数化建模,分析结构的振动模态以及在纵横加筋圆锥壳尾端施加垂直向下单位集中力情况下结构的响应。以Matlab为平台,使用遗传算法和宽容排序法对纵横加筋圆锥壳振动特性进行多目标优化求解。[结果]结果发现随着宽容度以及目标重量的增大,最优方案结构载荷处的加速度总级减小;单目标优化对于同一个目标值可以有多个方案与之对应。[结论]研究结果可为加筋圆锥壳结构声学设计提供参考。