船舶机械低频声-固耦合数值模型中激励施加方式分析

声固耦合数值模型在预报低频机械噪声时克服了传统流固声数值模型分步计算的不足。常用的声-振分析软件如Virtual.Lab的直接声振耦合统一求解算法不能直接施加设备的加速度激励,常采用大质量法将设备机脚的加速度激励转化为力激励。论文基于结构有限元/声学自动匹配层(FEM/AML)声固耦合方法,提出将激励直接施加到设备质心处的简化大质量法。机械噪声预报结果与传统大质量法、流固声方法结果进行对比,验证简化方法的有效性。基于声固耦合数值模型预报船舶机械噪声时,可采用简化的大质量法将加速度激励转化为力激励,并作为输入直接施加到设备质心处。     

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.     

船舶结构的建模及水下振动和辐射噪声的FEM/BEM计算

船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下，本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用，建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM／BEM数学模型。在理论分析的基础上，利用有限元软件ANSYS建立了水下船舶结构的振动和声场耦合的模型，首先计算在模拟发动机的激励下船舶壳板的振动，并利用边界元软件SYSNOISE，对轻外壳面上的声强进行预报，本文的方法为解决大型复杂结构的耦合声振预报提供了一个典型的实例。     

考虑自由液面波形的舰船水下辐射噪声计算方法

本文针对具有Wigley船型的护卫舰,基于URANS方法采用SST k-ω湍流模型,数值模拟了该舰静水匀速航行的绕流流场,并导出自由液面的波形作为后续声学计算的边界条件。采用声学有限元自动匹配层(FEM–AML)方法,建立了该舰声固耦合计算模型,取船体结构前2 154阶干模态作为声固耦合响应分析的模态基。给出了考虑自由液面波形的水下辐射噪声计算方法,建立了自由液面分别为波面与平面两种声学计算模型,计算了该舰1-80 Hz低频域机械噪声源激励下的辐射声功率级,并比较两种声学模型对计算精度的影响。研究表明,自由液面的波形对Wigley舰机械噪声计算精度有一定影响,且影响程度随频率的增大而增加,自由液面为平面的声学模型计算结果偏大,两者总辐射声功率级相差约0.8 dB。     

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。     

水下结构声辐射时域数值分析法研究

采用有限元和无限元相结合的方法,对水下加筋圆柱壳结构的声辐射进行了数值计算.首先利用ANSYS软件建立声振模型,并在时域内计算流固耦合振动,给出可用于声学分析的数据文件;再利用SYSNOISE软件采用无限元法在时域内计算辐射声场,并将计算结果与实验值进行了对比.结果表明,提出的在时域内进行水下结构声辐射的计算是切实可行的,为水下结构声辐射仿真研究提供了新的方法.     

水下结构声辐射时域数值分析法研究

采用有限元和无限元相结合的方法，对水下加筋圆柱壳结构的声辐射进行了数值计算。首先利用ANSYS软件建立声振模型，并在时域内计算流固耦合振动，给出可用于声学分析的数据文件；再利用SYSNOISE软件采用无限元法在时域内计算辐射声场，并将计算结果与实验值进行了对比。结果表明，提出的在时域内进行水下结构声辐射的计算是切实可行的，为水下结构声辐射仿真研究提供了新的方法。     

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.     

水下航行体舱段结构声学设计模型分析

采用基于模态坐标的有限元/边界元方法,建立水下航行体封闭舱段声学设计模型,利用该耦合分析模型对两端采用刚性圆板封闭的简支舱段结构的振声性能进行分析,并与采用半无限长圆柱形刚性障板代替两端的刚性圆板时的舱段模型计算结果作比较,指出除了少数耦合模态的固有频率附近,当外层圆柱壳周长相对流体中声波波长较小时,采用刚性圆板封闭的两端简支双层加筋圆柱壳与两端采用半无限长圆柱形刚性障板代替刚性圆板时的声辐射规律十分相近。     

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。     

船舶艉轴承刚度和螺旋桨陀螺效应对轴系回旋振动特性影响的分析

当船舶轴系运行工况恶劣时,由于轴系后尾轴承与轴颈之间润滑不佳,使得轴承刚度发生较大变化,处于各向异性状态,这会影响轴系回旋振动特性。文章针对某大型集装箱船,在计入螺旋桨陀螺效应的基础上,借助于有限元ANSYS软件,研究了后艉轴承水平刚度单独变化对回旋振动固有频率、临界转速和振动响应的影响。其主要结果表明,后艉轴承水平方向刚度单独降低时,该方向上的横向振动固有频率降低,逆回旋振动固有频率在此基础上进一步降低;其轴频、叶频和倍叶频的正逆回旋临界转速和回旋振动响应均与各向同性时不同。     

船用泡沫铝夹层板在低温下的冲击动态响应研究

泡沫铝夹层板具有良好的动态能量吸收性能,在极地船舶抗冲击防护方面具有巨大的潜在应用前景。文章利用ABAQUS有限元软件,结合准静态拉伸压缩材料试验,建立了船用泡沫铝夹层板的低温动态冲击数值仿真模型,研究了其动态冲击响应与抗冲击性能,并采用Instran 9350落锤冲击试验机对数值仿真模型进行了试验验证。在此基础上,研究了低温和冲击能量对船用泡沫铝夹层板动态冲击响应的影响。结果表明,随着冲击能量的增加,常温和低温条件下船用夹层板的冲击力峰值、最大挠度和最终挠度遵从乘幂增长规律。与常温相比,低温下船用泡沫铝夹层板的面板变形较小,且随着冲击能量的增加,低温的影响更为显著,即船用泡沫铝夹层板在低温下具有更好的抗冲击性能。     

基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究

基于模态叠加法理论,采用l1范数稀疏解方法,实现了水下双层圆柱壳由内壳有限测点振速值重构得到内、外壳振速空间分布,进而基于边界元理论对结构水下辐射声场进行预报。通过数值计算,分析了模态数目、测点数目和模态振型误差等因素对振动声辐射预报结果的影响,为指导速度场重构时模态数目、测点数目的选取提供了一定的理论依据;结果表明基于l1范数稀疏解声学预报方法对模态振型误差有一定的鲁棒性。最后开展了水下典型双层圆柱壳结构振动声辐射预报的试验研究,可为工程领域结构的声振预报提供一定的指导思路。     

可倾瓦推力轴承润滑油膜静动特性 计算的嵌套式二分法与应用

在舰船推进轴系纵向振动特性分析中,可倾瓦推力轴承润滑油膜的动特性是轴系力传递和振动响应分析的重要环节。该文建立了润滑油膜特性分析的理论模型,以有限差分法为基础,提出了嵌套式二分法,数值求解了油膜静动特性,并分别得出了在轴系载荷与转速独立和非独立的情况下,油膜动特性随转速的关系。解释了船舶推进轴系振动实验中,不同转速情况下,相应的频响函数幅值大小的变化规律。     

基于比例系数-有效独立法对圆柱壳声辐射预报的测点优化布置研究

文章以圆柱壳结构为研究对象,以反映测点模态振型相关性的比例系数来修正传统的有效独立法,提出了一种基于比例系数-有效独立法的测点优化布置算法。并分别用基于模态和响应的评价准则与现有的三种测点布置方法进行比较。结果表明:比例系数-有效独立法可有效地避免测点间的信息冗余问题,在保留结构振动特性方面具有明显的优势;并且能更加准确地预报圆柱壳结构的声振响应,是一种适合圆柱壳结构较为理想的测点优化布置算法。     

船舶辅机浮筏半主动非线性隔振系统振动特性分析

磁流变阻尼器因其低耗能、响应迅速等特点而被广泛应用。文章采用一种改进的Bingham模型对船舶辅机浮筏隔振装置中的非线性磁流变阻尼力进行建模。该模型简单且含滞后特性,便于理论分析。对建立的船舶辅机浮筏隔振系统的非线性动力学模型,通过平均法求解船舶辅机浮筏半主动隔振系统的理论解,并运用Matlab对理论解进行数值仿真验证。以力传递率作为评价指标,分析了磁流变阻尼器各参数对隔振效果的影响规律。研究结果可为非线性船舶辅机浮筏隔振系统的设计提供理论依据,从而能更有效地控制船舶辅机的振动。     

基于参数化设计的浮冰区船舶冰阻力研究

基于Voronoi图采用参数化设计工具对不规则几何形状的浮冰开展参数化建模,参照真实冰区测量信息,利用遗传算法对浮冰尺度概率分布开展了优化研究。考虑不同浮冰尺度范围,采用有限元方法对船舶在浮冰区航行的冰阻力进行了数值计算。研究发现:大尺度浮冰相对于小尺度浮冰而言,破碎更为剧烈;优化浮冰尺度概率分布的冰阻力峰值总体而言大于优化前,平均值则较小;数值计算结果在较大浮冰尺度范围内与经验值较为吻合,浮冰阻力平均值随浮冰平均尺度增大呈负指数幂函数减小趋势。文中提供了一种对浮冰尺度概率分布进行校正和优化的方法,对船舶在浮冰区的阻力预报具有一定参考价值。     

水深对机枪密封式膛口流场影响的数值分析

为了探究水深对水下机枪密封式膛口流场的影响,文章运用流体计算软件FLUENT,结合用户自定义函数(UDF)和动网格技术,对12.7 mm滑膛式机枪在1 m、50 m和100 m水深条件下的密封式膛口流场进行了数值分析。计算结果表明:随着水深增大,弹丸初速降低明显而膛压略有升高;弹丸膛外行程在不同水深条件下均满足指数函数规律;弹丸水下运动过程中,速度衰减随着速度降低而加快;水深越大,膛口流场激波膨胀区域越小,马赫盘位置离膛口越近,膨胀区头部温度越高而速度越低;200μs时刻,随着水深增大,燃气射流在越过马赫盘后温度出现峰值次数减少。由此可见,水深对水下机枪密封式发射内弹道结果和膛口流场的影响具有一定规律。     

基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法

为了弥补含裂纹功能梯度材料(FGM)结构强度预测方法的不足,文章基于有限元分析方法,将复杂的FGM板应力强度因子求解问题转化为简单的FGM板和均匀材料板之间裂纹尖端应力比值计算问题,仅通过使用均匀材料板和FGM板裂纹尖端应力比值、均匀材料板应力强度因子经验公式即可得到任意FGM板应力强度因子值,从而提出了一种基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法。该方法避免了复杂的矩阵运算以及数值积分,仅需建立二维有限元模型即可在保证精确度的基础上快速得到FGM板应力强度因子预测值。通过多组算例对比分析,证明该方法预测精度高,比传统计算方法更为简便,便于工程应用。     

含惯性摆发电装置之浮标的水动力分析

文章利用拉格朗日方程推导了含惯性摆波能发电装置之浮标在规则波作用下的七自由度运动方程。为了验证所推导公式的正确性,制作了一个物理模型,并对无负载阻尼工况在水槽中进行了模型试验。借助商业软件AQWA-LINE计算浮标的附加质量、辐射阻尼系数及波浪扰动力。利用文中推导的方程,计算了浮标及摆锤的运动响应,并将理论计算得到的结果与实验结果进行了比较。最后,分析了负载阻尼系数对浮标纵摇运动、摆锤纵摇运动、摆锤相对纵摇运动及波能转换效率的影响。