激励特性对L型板振动功率流的影响

  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。     

船舶板壳结构的振动功率流分析

基于功率流采用有限元法研究了板、壳结构的振动功率流特性,分析结构阻尼、阻尼器、加强筋等参数对结构功率流的影响,给出了相应的功率流矢量图和功率流-频率曲线图.分析表明,结构阻尼的改变、阻尼器阻尼值的变化均没有改变系统的固有频率,但随着结构阻尼的增大或阻尼器阻尼值的减小,结构振动响应的峰值变小了;加强筋明显改变了功率流的大小和传播路径.     

6750箱集装箱船非线性波激振动和颤振响应分析

本文采用三维时域非线性水弹性方法分析了一艘6750箱集装箱船的水弹性响应以及运动和垂向弯矩特征。通过考虑入射波力、静水恢复力、砰击效应的非线性,研究了在恶劣海况下船体的非线性运动和垂向弯矩响应,同时分析了波激振动及颤振对垂向弯矩的影响。数值计算结果表明:(1)非线性入射波力对运动的影响较小,但是对垂向弯矩的影响较大,使得其有明显的倍频成分,同时中垂弯矩显著大于中拱弯矩。另外,非线性入射波力也引起了明显的非线性波激振动;(2)非线性静水恢复力对运动和载荷的影响均较大,但是没有引起明显的非线性响应。非线性计算的垂荡响应小于线性结果,而纵摇和垂向弯矩响应大于线性结果;(3)砰击效应对运动的影响较小,但对垂向弯矩的影响较大,砰击效应引起了显著的船体弹性高频振动,增大了载荷幅值,但是其引起的合成中垂和中拱幅值相差不大;(4)非线性水动力的作用主要引起垂向弯矩的倍频响应,包括倍频可能引起的二节点垂向弯矩弹性共振,而砰击效应主要引起船体二节点垂向弯矩共振;(5)本文的非线性水弹性响应计算结果与Kim给出的数值计算结果吻合很好。     

水下爆炸气泡作用下船体总纵强度估算方法

水下爆炸中的气泡脉动载荷会造成舰船的鞭状运动,对其总纵强度产生很大威胁,是战争中造成船体总体毁伤与丧失生命力的主要原因之一。基于势流理论,推导并建立船体梁气泡弯矩的理论与计算方法,同时综合考虑气泡弯矩、船体静水弯矩、波浪弯矩及砰击弯矩等其他影响因素,建立一套完整的气泡作用下船体梁总纵强度估算方法。通过算例,校核典型工况下多种弯矩同时作用时船体梁的总纵强度。计算结果表明,气泡脉动载荷产生的总纵弯矩具有周期性鞭振特性,且数值大于其他弯矩。在评估舰船总纵强度与生命力时,应充分考虑气泡脉动载荷的影响。     

Mechanical model and characteristics of deep-water drilling riser-wellhead system under internal solitary waves

Internal solitary waves with a huge amount of energy easily trigger the large dynamic responses of riser-wellhead system and threaten its structural safety. However, previous studies have only focused on the dynamic response of the riser under internal solitary waves. The riser may experience excessive traction from the platform, especially from the mooring platform, in response to the arrival of internal solitary waves. The bottom of the riser connects to the wellhead system, which in turn exerts a reaction force on the riser. To address this problem, a coupled dynamic model of deep-water drilling mooring platform-riser-wellhead system under internal solitary waves is developed in this paper. A dynamic response analysis method based on the fourth-order Runge-Kutta method and finite element method is also proposed for the mooring platform-riser-wellhead system. A dynamical solver for the coupled system is then developed using MATLAB. The dynamic response characteristics of the riser-wellhead system under internal solitary waves are calculated. Results show that the displacement and bending moment of the system initially increases and then decreases along with the propagation of internal solitary waves, and finally reach equilibrium position. The displacement and bending moment reach their peak before the trough of internal solitary waves passes through the riser-wellhead system. The dynamic responses of the riser-wellhead system under the influence of internal solitary wave loads are much larger than those without the effect of internal solitary wave loads. The riser system experiences shearing loads at the interface of internal solitary waves, which trigger a step-like bending moment variation. The bending moment of the conductor under the mudline is greatly increased by the internal solitary waves.     

Vibration transmission characteristics of composite laminate joints based on power flow北大核心CSCD

[目的]为了研究复合材料层合板连接节点的振动传递特性,提出一种采用有限元功率流法并结合功率流可视化技术的分析方法。[方法]首先,验证用有限元实体单元功率流描述板壳振动的有效性;然后,引入功率流传递率评价指标,提出有限元模型功率流传递率的计算方法,并以导纳功率流法计算结果为参照来验证其有效性;最后,建立嵌入式连接和螺钉连接这2种复合材料层合板的连接模型,计算其功率流传递率曲线和典型功率流矢量图。[结果]对比验证结果表明,2种连接模型的振动传递路径和功率流传递率存在明显差异。[结论]有限元功率流法直观反映了连接结构的振动传递能力及振动能量传递路径,可为复合材料结构设计提供参考。     

基于有限元的功率流计算及隔振系统优化设计技术研究

振动功率流法是研究柔性结构动态特性的有效手段,导纳功率流分析法是目前的主要研究方法,由于只能得到极少数简单结构的解析导纳,对于复杂的结构导纳功率流分析法束手无策.有限元动态分析可以解决绝大多数结构的振动问题,目前大多数有限元动态分析主要集中于模态分析、位移响应分析等.本文从有限元动力方程推导出发,给出了节点频域复数力的表达式,进而给出基于有限元动力分析的功率流计算方法.对一个单梁隔振系统进行理论计算和有限元计算对比,验证了该方法的准确性.最后,基于该方法对隔振器参数和振源布置位置寻优,得到最优参数使传递到基础的振动能量最小.这种方法对大型结构动态设计具有借鉴意义,可应用到工程实际中.     

推进轴系-船体结构低频弯曲振动耦合特性

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系-船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系-船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨-轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系-船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。     

船体曲率板感应加热成形工艺研究

[目的]在船舶建造过程中,板材的弯曲成形工艺不仅影响建造成本及周期,而且其成形精度也会影响船舶的水动力性能及其运营成本.[方法]针对船体板材双曲率成形效率低且精度差等问题,首先以感应加热作为热源,实现热弯成形,得到典型的帆形曲率板;然后通过高效的热?弹?塑性有限元(TEP FE)计算及基于弯曲力矩的弹性有限元计算,再现...     

弹性基础上单层隔振系统功率流传递特性研究

利用振动能量的传递与变化来描述系统的振动状态具有诸多优点,功率流作为隔振系统中能量传播的一个衡量指标,可以方便地分析机械振动的传播路径与隔振系统的隔振效果.本文将柔性基础上的单层隔振系统简化为四边简支薄板基础上的单层隔振系统模型.通过对模型的分析和数值计算,可以考察各变量对于隔振效果的影响,通过不同的方式来评估隔振系统的隔振效果,将功率流概念运用到隔振效果的评估中,分析其中的差别和相似点,为隔振系统的设计与评估提供指导.     

含阻振质量的L型结构在舱段壳体隔振中的应用

利用波动理论分析L型连接板转角处阻振质量阻抑振动波传递的特性,基于阻抗失配和波形转换原理,将此阻抑技术引入壳体隔振设计中,数值计算壳体隔振设计前后的振动与声辐射性能,讨论阻振质量的重量和截面尺寸对其隔振性能的影响,并在此基础上根据模态控制法进一步对壳体隔振设计进行探讨。研究结果表明：将转角含阻振质量的L型连接结构引入壳体隔振设计,不仅能有效降低动力舱段结构的振动,而且还能显著隔离振动波向邻近舱段的传递;在总的阻振质量不变的前提下,合理地布置变质量变截面的阻振质量能显著提高总的隔振降噪效果。     

关于船舶规范中计算载荷的分析

本文利用非线性切片理论，以两条不同类型的船舶为例，具体分析了现行规范中关于波浪弯矩、砰击振动弯矩以及弯矩迭加计算时存在的一些问题；指出了在确定计算载荷时应当计及船舶在波浪中的失速，所谓的谐振波不一定就是最危险的规则子波，按动量冲击理论计算以底部砰击为主的船舶是不合适的，不应把波浪弯矩和砰击报动弯矩的最大值简单相加来确定合成弯矩。     

LQR control on multimode vortex-induced vibration of flexible riser undergoing shear flow

Under the actions of ocean currents and/or waves, deep-sea flexible risers are often subject to vortex-induced vibration (VIV). The VIV can lead to severe fatigue and structural safety issues caused by oscillatory periodic stress and large-amplitude displacement. As flexible risers have natural modes with lower frequency and higher density, a multimode VIV is likely to occur in risers under the action of ocean currents, which is considered as shear flow. To decrease the response level of the VIV of the riser actively, a multimode control approach that uses a bending moment at the top end of the riser via an LQR optimal controller is developed in this study. The dynamic equations of a flexible riser including the control bending moment in shear flow are established both in the time and state-space domains. The LQR controllers are then designed to optimize the objective function, which indicates the minimum cost of the riser's VIV response and control input energy based on the Riccati equation of the closed-loop system under the assumption that the lift coefficient distribution is constant. Finally, the VIV responses of both the original and closed-loop systems under different flow velocities are examined through numerical simulations. The results demonstrate that the designed active control approaches can effectively reduce the riser displacement/angle by approximately 71%–89% compared with that of the original system. Further, for multimode control, the presented mode-weighted control is more effective than the mode-averaged control; the decrease in displacement is approximately 1.13 times than that of the mode-averaged control. Owing to the increase in flow velocity as more and higher-order modes are excited, the VIV response of the original system decreases slightly while the frequency response gradually increases. For the closed-loop system, the response becomes smaller and more complicated, and the efficiency of the controller becomes lower at a certain flow velocity.     

波激振动和砰击颤振对大型油船疲劳强度影响研究

文章给出线性波激振动和砰击颤振引起的大型油船结构疲劳贡献度的计算方法。基于三维线性水弹性理论可计算得到包括刚体和2节点的振动模态下的垂向弯矩的传递函数,采用谱分析法对某30万吨油船进行结构疲劳强度计算,分析波激振动对船体结构疲劳损伤影响;基于二维非线性波浪载荷程序（含砰击颤振的波浪载荷）,采用时域方法对该油船进行船体梁弯矩计算,分析砰击颤振对船体梁弯矩及疲劳载荷的影响;结果表明对于该类大型油船波激振动和砰击颤振对船体的结构疲劳损伤的影响不可忽略。     

柔性隔振系统功率流传递特性研究

由于基础和隔振器存在着动力耦合,经典隔振理论的局限性日益突出,从而出现了将基础简化为欧拉梁、柔性板、圆柱壳等。本文将基础简化为两端固支弹性梁,运用四端参数法推导了单层柔性隔振系统传递功率流,并运用电力类比法对推导结果进行了验证。通过数值仿真,分析了偏心激励对功率流传递特性的影响,并将功率流与振级落差频谱曲线进行了比较。结果表明：偏心激励会激发系统的高阶模态,基础的刚性会影响振级落差对功率流的估计。     

推进轴系回旋振动对船体尾部振动影响分析

船舶在航行过程中,螺旋桨在不均匀的伴流场中工作产生周期性的弯曲力矩作用在螺旋桨轴上,使推进轴系在螺旋桨或转轴上旋转的横向力矩作用下,旋转轴绕其静平衡曲线产生振动,从而出现回旋振动现象,而严重的轴系回旋振动引起轴承反力的动力放大而引起船体尾部结构的振动.本文对一艘尾部结构振动严重的船舶进行了推进轴系回旋振动计算分析及实船振动测量验证,分析了推进轴系回旋振动对船体尾部结构振动影响,通过更换尾管前轴承、调整中间轴承的位置,解决了轴系回旋振动引起的船体尾部结构严重振动问题,为解决类似船体尾部振动问题分析提供参考.     

单向加筋板低频振动的简化建模精度影响因素

针对典型单向加筋板结构的低频振动问题,基于薄板弯曲理论,得到等效正交异性板计算公式,通过与有限元计算结果比较验证计算公式的正确性。分析质量等效、弯曲刚度等效与结构参数对简化方法精度的影响规律,并通过附加弯曲刚度比对筋条截面高度、筋条数量和基板厚度等3项结构参数进行定量比较分析,对简化方法的适用范围产生量化认识,为加筋板简化建模的应用场景提供参考性建议。     

弹性平板和覆在弹性平板上柔性层的流致振动

平板是舰船壳体的主要体现形式，平行于平板的水流诱发的流致振动被认为是流动噪声的起因之一，并因此提出了船用平板上覆以柔性层以降噪的问题。本文先以典型的两种来流速度情况用能量判明裸弹性平板流致振动的收敛性，在此基础上分析了覆在弹性平板上柔性层面临的流致振动问题。     

谐振面力作用下的无穷大双周期加筋板的振动响应分析

文章主要研究了流体负载下的无穷大双周期加筋薄板,在周期谐振力作用下的振动响应。假设薄板和加强筋只存在法向力的作用,通过薄板和加强筋的位移连续条件,以及格林函数及傅立叶变换公式的应用,建立了频域内双周期加筋薄板的振动位移方程。利用空间波数法,将加筋薄板的振动位移表达为波数分量的迭加形式。通过数值计算的方法对波数分量进行求解,最后通过方程的傅立叶逆变换,得到了加筋薄板的振动方程。数值计算的结果表明文中的计算方法收敛速度快。     

The bending vibration response and approximate calculation of elastic cylindrical shell

Useful structure characteristics of elastic cylindrical shells have led them to being widely applied in virtual projects, so it is important to conduct vibration research on the shells and find it＇s a simpler corresponding compact calculation method. Utilising the input and transfer point mobility of a thin plate structure, a theoretical expression of the cylindrical shell＇s bending vibration responsewas deduced and numerical simulations were done to simplify the theoretical expression within an acceptable error margin, greatly reducing the amount of computations. Furthermore, whole vibration response distributions of the cylindrical shell were analyzed. It was found thathe vibration energy propagates in helical form under mono-frequency excitation, while under bandwidth frequency excitation, it attenuates around in term of fluctuation. The axial attenuation rate of the vibration energy is larger than the circumferential attenuation rate.