流—固耦合效应对桩柱频率特性的影响分析

基于流—固耦合的桩柱横向振动理论,利用有限元软件分析水深与桩柱高度之比、桩柱综合折算弹性模量、空心桩柱壁厚与外径之比等因素对流—固耦合效应的影响,分析结果表明:流—固耦合效应会减小桩柱的自振频率,桩柱的综合折算弹性模量会影响桩柱高、低阶横向振动频率的衰减,空心桩柱壁厚与外径之比会影响其一阶横向振动频率的衰减幅度。     

损伤梁的振动功率流分析

从结构噪声的观点,对在集中力作用下的损伤梁进行了振动功率流研究,损伤部位模拟为转动弹簧,利用断裂力学的有关理论得到其转动刚度。分析了损伤梁的弯曲波运动以及振动功率流的输入和传播,结果表明振动功率流与损伤位置及其特征尺寸是相关联的,本研究为基于振动功率流方法的损伤诊断打下了理论基础。     

损伤梁的振动功率流分析

从结构噪声的观点,对在集中力作用下的损伤梁进行了振动功率流研究,损伤部位模拟为转动弹簧,利用断裂力学的有关理论得到其转动刚度.分析了损伤梁的弯曲波运动以及振动功率流的输入和传播,结果表明振动功率流与损伤位置及其特征尺寸是相关联的,本研究为基于振动功率流方法的损伤诊断打下了理论基础.     

损伤Timoshenko梁振动功率流特性

研究了损伤Timoshenko梁的振动功率流特性.用一局部转动弹簧来模拟梁中的损伤,利用断裂力学的有关理论得到局部弹簧的转动刚度.为了分析问题简便,讨论了一无限长Timoshenko梁在集中载荷作用下的弯曲波运动以及振动功率流的输入与传播,分析了振动功率流与损伤位置及其深度的关系,为Timoshenko梁的损伤识别提供了理论基础.     

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.     

考虑不同管土作用模型的海底多跨管道动力特性

当前,海底多跨管道涡激振动分析多将管土段简化为固支或简支边界.针对此问题,采用3种更为复杂的土体模型,研究对比不同管土作用对多跨管道涡激振动特性的影响.采用尾流振子模型模拟流-固耦合作用,构建考虑流-固-土多场耦合的悬跨管道涡激振动预报模型,分析不同土体模型下的管道动力学规律.研究结果表明:不同的管土模型会对管道振动产生不同程度的影响,且管土非线性作用会明显制约管道的振动特征,使最大位移幅值和局部应变等发生改变.     

弹性螺旋桨流固耦合振动特性分析

[目的]研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。[方法]基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Workbench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。[结果]流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%～37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。[结论]所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

考虑跨肩管土作用的悬跨管道涡激振动特性研究

海底悬跨管道涡激振动是一个复杂的流场-管道结构-跨肩土体耦合问题,其发生机理和振动特性十分复杂,特别是两端跨肩处管土作用对涡激振动的影响有待深入讨论。为此,文章引入了P-y曲线描绘跨肩处管土耦合作用,提出了基于管道位移和速度的新非线性土体弹簧模型,根据能量平衡原理计算土体阻尼,采用尾流振子模型模拟悬跨管段流固耦合作用,建立了考虑流—固—土多场耦合作用的海底悬跨管道涡激振动预报模型,并重点研究了考虑跨肩管土作用时,悬跨管道涡激振动的诸多特性。     

舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究

流激舵系统引起的振动对水下航行体隐蔽性产生较大影响。为深入研究其振动特性,根据舵系统的结构组成进行简化,建立系统二元线性颤振数学模型,确定低速颤振的产生条件,并获得低速颤振的主要影响因素和作用规律。此外,在重力式水洞中开展舵模型流激振动试验,重点研究了支撑刚度、扭转刚度、质心和刚心位置等参数变化对舵模型流激振动的影响。结果表明:在流体载荷激励下,舵系统结构设计对流激振动特性有较大影响,通过对升沉运动与扭转运动频率之比、结构质量与附加质量之比、刚心、质心与弦中心的相对位置等参数进行匹配设计,能够有效抑制舵系统流激振动。     

流致噪声机理及预报方法研究综述

流激舵系统引起的振动对水下航行体隐蔽性产生较大影响。为深入研究其振动特性,根据舵系统的结构组成进行简化,建立系统二元线性颤振数学模型,确定低速颤振的产生条件,并获得低速颤振的主要影响因素和作用规律。此外,在重力式水洞中开展舵模型流激振动试验,重点研究了支撑刚度、扭转刚度、质心和刚心位置等参数变化对舵模型流激振动的影响。结果表明：在流体载荷激励下,舵系统结构设计对流激振动特性有较大影响,通过对升沉运动与扭转运动频率之比、结构质量与附加质量之比、刚心、质心与弦中心的相对位置等参数进行匹配设计,能够有效抑制舵系统流激振动。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的"湿模态"。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

船舶螺旋桨流固耦合稳态求解算法

  目的  研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。  方法  基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Work-bench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。  结果  流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%~37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。  结论  所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

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。     

流场中功能梯度材料圆柱壳的频散特性

文章基于Love壳体理论和Helmholtz波动方程推导了内外流场作用下功能梯度材料圆柱壳流固耦合振动方程。研究了流场作用下功能梯度壳内传播波的频散特性,并与各向同性圆柱壳进行比较。研究表明：在以拉伸和扭转运动为主的频段上,功能梯度壳体的材料特性改变对各支传播波相速度的影响较大,且扭转运动对应频段所受的影响大于拉伸运动对应的频段,而对弯曲波相速度的影响较小。该文可为水下航行器新型复合材料壳体的波动特性研究提供参考。     

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。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

狗骨头扰流装置对海洋立管涡激振动抑制的数值模拟研究

按照流体力学基本理论,将抑制风振的狗骨头型装置引进到抑制海洋立管的涡激振动上,并采用ANSYSCFX三维流固耦合方法对该装置的抑制效果进行检验。数值模拟检验结果表明：该抑振装置不仅有效降低了横向涡激振动响应,而且也抑制了纵向激励。     

水下细长体结构“流-刚-弹耦合”特性及方法

为对水下细长体的流固耦合特性进行分析,本文建立细长体结构的平面运动学方程。为捕捉结构的振动特性,采用双渐进法给出与之相应的流体动力学方程,形成以"流-刚-弹耦合"为特点的方程组。在时域中推进编程求解耦合方程组,得到结构的刚体运动轨迹、弹性振动情况。并与传统有限元方法进行对比,验证本文方法的正确性及合理性。以此为理论依据,对潜艇结构的"流-刚-弹耦合"特性进行分析。研究表明:水下细长结构在水动压力的作用下,流体、刚体运动、弹性振动存在着耦合现象。本文将刚体运动与弹性振动分别求出,直观体现了"流-刚-弹耦合"这一现象。