舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

任意边界及耦合条件下的多跨梁结构振动特性

[目的]为了克服边界及耦合条件对多跨梁结构振动特性研究的束缚,[方法]基于欧拉梁理论模型,采用Rayleigh-Ritz法建立多跨梁结构振动计算模型,对其在任意边界和任意弹性耦合条件下的自由振动特性进行研究。在传统三角余弦级数的基础上,引入4项辅助正弦三角级数,改善以往求解过程中在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,结合Rayleigh-Ritz法对其求极值,将结构的振动特性问题转换为求解一个标准特征值问题。[结果]通过与有限元计算结果进行对比,验证了收敛速度与计算精度。[结论]所得结果可为多跨梁结构的工程应用提供理论参考。     

带螺旋桨激振力的轴系耦合纵向振动特性分析

采用CFD方法计算目标螺旋桨的敞水性能,通过Fourier变换得到轴承激振力的频域特性。结合舰艇推进轴系的一般结构形式,建立桨—轴—艇耦合系统纵向振动动力学模型,将先前计算所得的螺旋桨激励特性与振动能量传递相结合,讨论了纵向振动形式下螺旋桨激励振动功率流的传递和振动能量传递耗散的特性,从能量角度分析纵向振动在系统耦合振动中的影响,进而基于模拟工况探讨振动能量在轴系耦合振动中的传递机理。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型。管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的特性,并用边界元软件计算耦合结构远场辐射声功率。计算结果表明:充液管路各簇振动功率流分布与幅值随频率、管路支撑位置而变化,且管路系统输入功率流与耦合系统远场辐射声功率相关。研究结果可为管路系统从能量流角度进行振动控制提供参考。     

舰艇结构局部振动性能预报

本文对舰艇结构局部振动性能预报进行了研究，制定了局部振动预报方法，探讨了确定计算模型的几个关键性问题，编制了适用于舰艇结构局部振动预报的计算程序，并结合新一代舰艇的设计和建造实践，对多种舰艇结构的局部振动进行了预报，解决了设计和建造过程中提出的振动分析任务。     

舰艇内铺板到壳体结构振动传递损耗研究

舰艇内铺板到船体结构的振动传递损耗是舰艇定量声学设计的重要参数.文章应用流固耦合理论,采用Fourier变换和围道积分技术求解得到弹性波衰减计算公式,然后分析了实船弹性波通过铺板到壳体连接接头的声散射特性,从能量观点推导出振动传递损耗简便的计算方法.理论计算结果与实船测试数据吻合较好,可为计算水下噪声提供技术支撑.     

舰艇桨-轴系-船体耦合振动测试实尺度试验台设计

为获得舰艇桨-轴系-基座-船体的振动传递规律,分析桨-轴系-船体耦合动力特性数值计算的合理性,考核轴系各项减振措施的减振效果,搭建了基于减振降噪设计且与实舰较吻合的桨-轴系-船体耦合振动测试的实尺度试验台。通过基座阻抗特性、轴系和船体振动响应、轴系模态等试验和各项减振措施测试,获得了耦合系统纵向振动频响传递函数、船体结构响应特性以及为修正耦合动力特性数值计算所需试验数据,考核了各项减振降噪措施。     

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.     

基于 FEM/BEM 的浸水结构振动及声辐射特性国内研究综述

文章基于有限元（FEM）或有限元结合边界元（FEM/BEM）分析方法,对浸水结构振动及声辐射特性国内公开发表的文献进行梳理,从低频流固耦合的振动特性、弱耦合与强耦合的声辐射特性、直/间接边界元的非唯一性与奇异性等着重流体数值模拟方面,对国内相关研究进行了综述分析,就浸水结构振动及声辐射特性的研究发展动态做出了总结,为相关科研人员研究浸水结构振动特性及声辐射提供了有益参考。     

推进结构形式对艇体结构声学特性的影响

本文按艇体耐压壳在周向受到作用力的分布形式,将推力轴承与壳体间连接结构分为三类:基座式、支柱式和多分支式结构。采用结构有限元耦合流体边界元方法对具有上述不同推进结构形式的圆柱壳进行流固耦合计算,以壳体湿表面振动响应与压力分布为输入,计算获得壳体的法向速度振动功率与声辐射功率,并通过波数谱方法量化壳体各波数成分的结构波对壳体振动与声辐射的贡献,揭示了不同推进结构形式对艇体结构声学特性产生影响的机理。根据单自由度隔振理论,提出了改进支柱结构形式的措施。研究发现,支柱与多分支式推进圆柱壳的水下振动特性优于基座式推进圆柱壳,改进后的支柱式推进圆柱壳的水下振动与声辐射特性均优于基座式推进圆柱壳。     

静水压力作用的水下结构振动及声辐射

采用有限元／边界元方法开发了静水压力作用的水下结构振动与声辐射的计算程序。依据不同分析域的特点，对结构域和流体内域采用有限元方法，对流体外域采用边界元方法。分析了流体一结构相似特性，使通过对常规结构有限元分析程序中的参数作合理设置，使之能直接用于内域流体声学有限元分析。流体外域采用边界元方法，选取合适的格林函数，能够考虑无穷远和自由液面边界条件。流体对结构的作用表现附加质量和附加阻尼。采用FORTRAN代码计算外域流体附加质量和附加阻尼矩阵，采用结构有限元分析程序对结构和内域流体作有限元分析，采用DMAP代码将附加质量和附加阻尼同结构质量矩阵和阻尼矩阵相叠加，实现了流固耦合计算。通过几何刚度矩阵对结构刚度矩阵修正来考虑静水压力对结构声辐射的影响。     

含损伤加筋结构的振动与声辐射特性研究

采用有限元／边界元方法针对加筋结构，研究了损伤对振动与声辐射特性的变异特性。将损伤模型引入结构有限元分析中，针对各向同性损伤单元模型中，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模型中，采用Kachanov理论，分别引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数。基于Mindlin板理论，建立描述健康和损伤的4结点有限壳单元模型，采用有限元方法计算结构振动特性与表面动力响应。基于4结点二维线性边界元模型，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。为了研究损伤结构处于空气或水中不同损伤位置和大小对结构振动及声特性的影响，文章建立了含损伤结构的动力与声辐射分析方法，就各种损伤对结构振动频率、振动模态与声辐射模态、辐射阻尼、辐射功率与指向性的影响进行了数值模拟。通过对典型算例分析，得出了相应的结论，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。     

计及流体效应的三体船流固耦合自振特性

采用有限元法和边界元法比较分析三体船结构的流固耦合振动问题,探讨深V型、浅吃水侧体的附连水质量对三体船总振动特性的影响。通过对全船三维结构有限元模型进行纯数值计算,获得三体船结构在无限域流场中的湿模态特性。研究发现,计及流体效应后的三体船自振频率比干模态频率明显降低,首部水平振动与尾部扭转振动的耦合振动在高阶模态中较为突出,侧体的附连水质量对三体船垂向和水平振动影响较小。     

双层壳体的船舶动力舱振动与声辐射的有限元结合边界元数值计算

利用ANSYS有限元软件，建立了双层壳体的船舶动力舱的水下结构流体耦合的声振模型。采用有限元结合边界元的方法，数值计算并分析了耐压壳体和轻质外壳的厚度变化对动力机械振动传递、水下外壳振动以及辐射噪声的影响，计算结果表明，本文的方法对大型复杂结构的水下声振预估有借鉴价值。     

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.     

流体域特性对流固耦合振动计算的影响

船舶结构的水下振动预报一直受到广泛的重视,计算机技术的发展使得有限元法成为求解复杂船舶结构流振耦合振动的有效方法。本文基于船体结构与周围流体介质的耦合作用建立典型圆柱壳流固耦合振动计算的有限元模型,重点分析流体域边界处理方式、流体域形状、流体域范围对耦合振动计算结果的影响,提出合理的流体域建模方法。同时分析流体网格控制方式对于耦合振动计算的影响,为水下结构物耦合振动分析提供参考。     

小水线面双体船声辐射特性研究

运用结构有限元法与声学边界元法,对小水线面双体船振动声学特性数值计算问题进行了研究.通过结构动力响应分析,获得结构振动响应特性参数.以船体结构频响分析计算结果为声学边界条件,对小水线面双体船近场声学特性进行了边界元计算.对比不同工况下的结构声学特性,为进一步实现结构减振降噪提供参考.     

水面舰艇桅杆振动计算研究

通过对某靓两种不同结构形式桅杆的振劝计算，研究水面舰艇桅杆的振动计算中的计算模型简化和边界条件处理问题为水面舰艇桅杆的动计算分析提供了借鉴。     

水下加筋圆柱壳体的振动与近场声辐射研究

从实验和理论计算两个方面，对敷有隔声去耦材料的水下加筋圆柱壳体振动和声辐射进行讨论分析。实验分为三种工况：双壳全部敷设、双壳60％敷设和双壳不敷设隔声去耦材料，实验结果数据包括模型的振动加速度和辐射声压。理论计算采用有限元结合边界元技术计算模型的低频特性，采用统计能量分析计算模型的中高频特性。通过对实验和计算结果的对比分析，证明隔声去耦材料在200Hz以上能明显减小结构振动和降低辐射噪声。另外，还发现有限元结合边界元的计算结果只在700Hz以下与试验结果吻合较好，这说明传统的FEM＋BEM和统计能量分析在计算复杂结构声振耦合系统时的适用频率范围是不同的，前者适合低频问题，后者适合中高频问题，它们具有互补性。