船舶水下辐射噪声计算评估方法及应用

本文采用有限元(FEM)和边界元(BEM)相结合的方法对船舶水下辐射噪声进行研究。首先根据船舶的实际情况建立三维结构有限元模型,包括船体结构、压载、主要动力设备及其隔振方式等,然后结合实船测试的柴油发电机组、推进电机机脚振动和轴系中间支撑基座振动数值,及船模试验得到的螺旋桨脉动压力,计算获得流固耦合下结构的响应,最后将船体外壳水线以下结构响应作为约束条件,通过边界元的方法对水下辐射噪声进行计算和分析。从而对船舶设计阶段水下辐射噪声初步评估方法进行修正,同时对比水下辐射噪声实船测试结果,计算准确性较高,修正后的计算评估方法能进一步提高了设计阶段水下噪声的评估精度,为船舶水下辐射噪声控制提供了依据和参考。     

船舶水下辐射噪声计算评估方法及应用

采用有限元(FEM)和边界元(BEM)相结合的方法对船舶水下辐射噪声进行研究。首先根据船舶的实际情况建立三维结构有限元模型,包括船体结构、压载、主要动力设备及其隔振方式等;然后结合实船测试的柴油发电机组、推进电机机脚振动和轴系中间支撑基座振动数值,以及船模试验得到的螺旋桨脉动压力,计算获得流固耦合下结构的响应;最后将船体外壳水线以下结构响应作为约束条件,通过边界元方法对水下辐射噪声进行计算和分析。对船舶设计阶段水下辐射噪声初步评估方法进行修正,同时与水下辐射噪声实船测试结果进行对比,结果显示修正后的计算评估方法计算准确性较高,能进一步提高设计阶段水下噪声的评估精度,可以为船舶水下辐射噪声控制提供依据和参考。     

大型船舶船体振动与舱室噪声预报

为保证船舶能符合船级社及国际组织对船舶振动与噪声控制的要求,在设计阶段必须对船体进行振动与噪声分析和预报。以某大型船舶为研究对象,采用声固耦合法和附加质量法对其船体振动情况进行计算分析,采用统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)法对其舱室噪声进行计算分析。计算结果表明,该方法能较为准确地模拟船体振动与舱室噪声,满足工程预报的要求,对船体振动与舱室噪声预报相关的工作的开展具有较好的参考价值。     

基于Kriging代理模型的水下目标模型几何参数识别方法

[目的]水下目标参数识别可为目标分类识别提供依据,为此,提出一种基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法。[方法]首先,对敷设声学覆盖层的水下目标模型在螺旋桨和主辅机激励情况下的结构表面低频振动声辐射与声辐射灵敏度进行分析;然后,基于分析结果建立低频声辐射功率代理模型,并基于该代理模型构造由低频声辐射响应特征和目标参数组成的样本空间;最后,基于所构建的样本空间,建立目标参数识别代理模型并选取测试点进行模型验证。[结果]结果显示,测试样本的实际目标参数值与所构建代理模型的目标参数预测值吻合良好;利用有限元法和边界元方法可以实现考虑阻尼材料频变特性的黏弹性阻尼结构的低频声辐射分析,并能解决商业软件无法大批量处理振动结果文件的问题;影响水下目标模型低频振动声辐射的主要目标参数为目标长度、最大半径、基层壳厚度和声学覆盖层厚度。[结论]基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法可以通过声辐射线谱特征准确预测水下目标模型的主要目标参数值。     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

船舶艉部激励耦合振动噪声机理研究进展与展望

[目的]船舶减振技术经过几十年的发展,降低艉部激励引起的桨—轴—船体振动辐射噪声成为我国现阶段船舶声隐身的紧迫任务。[方法]针对船舶艉部激励耦合振动噪声问题,从船舶螺旋桨激励力特性、桨—轴—船体耦合振动噪声特性及其控制方法 3个方面对当前研究进展与发展趋势进行综述,[结果]得到了船舶艉部激励与桨—轴—船体系统振动噪声的映射关系,并提出了针对低频振动噪声的控制方法。[结论]在此基础上对在螺旋桨非定常力测试、艉轴承摩擦诱导振动机理和桨—轴系统横向振动控制等方面提出进一步开展研究的建议。     

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.     

声强可视化在船舶振动特性分析中的应用

在船舶日常运行中,受到海风、海浪和动力系统电机转动等因素的影响,船舶会产生较大幅度的振动。船舶结构的振动有可能导致结构失效,使船载精密仪器的精度下降,产生振动辐射噪声。在现代舰船的结构设计中,为了提高其抗海浪冲击性能和航行稳定性,必须要进行船舶的振动特性分析。船舶结构的声振特性对于研究船体结构的噪声源、振动耗散机理等问题有重要的作用,本文基于声强可视化技术,对船舶结构的声振特性进行了系统研究,并结合有限元分析技术对船舶钣金结构件的振动特性进行仿真模拟。研究表明,声强可视化技术可以有效提高船舶振动特性分析的效率,对改善船舶的结构设计有重要的辅助作用。     

基于有限元的轴系回旋振动响应计算及试验

为更好地了解轴系振动对舰船声辐射的影响,以某台架轴系为研究对象,基于Workbench软件建立仿真分析,对轴系回旋振动涡动频率及响应和轴系振动对轴承基座的影响进行研究.研究表明,有限元法计算所得回旋振动的固有频率与传统的传递矩阵法结果一致.通过轴系激励力的分析,给出有限元法回旋振动响应的分析方法,获取轴系振动的位移响应...     

舱内液体模拟方法对船体振动分析的影响对比

为更准确地模拟船体振动,使用质量点分布法、多点约束法以及边界元计算虚拟质量的方法分别模拟一小型船模舱内液体,对船模振动模态进行分析并与实验值进行对比。采用这3种方法分析某型油船的振动模态并对结果进行对比分析,研究表明采用虚拟质量法模拟舱内液体附加质量时得到的船体振动固有频率更符合实际,而质量点分布法和多点约束法的质量分布受人为因素影响较大,虚拟质量法更具工程应用价值。     

某科考船艉部舱段振动固有频率计算方法

[目的]艉部振动是研究船舶振动的重要组成部分,为了提高艉部振动的计算精度和效率,[方法]研究局部舱段模型建模范围和混合模型中舱段模型的建模比例。运用有限元法,对某直叶桨科考船分别建立不同的模型方案:6个不同比例的混合模型方案用于讨论详细舱段模型建模的比例;5个不同范围的局部舱段模型方案用于研究不同建模范围对固有频率的影响。此外,对刘易斯法和虚拟质量法考虑附连水质量的影响进行讨论。[结果]研究表明,混合模型的舱段模型建模比例在1/5L(船长)以上时,各方案的频率计算结果接近;当建模范围在振动节点附近时,局部舱段计算结果与混合模型计算结果吻合较好;使用刘易斯法和虚拟质量法对局部舱段模型进行计算时,计算结果差异较大。[结论]因此,建议用建模范围为1/4L的局部舱段模型研究船舶艉部振动,并推荐使用虚拟质量法考虑附连水的影响。     

离心风机流场大涡模拟与管中噪声数值预报

[目的]为开展离心风机振动噪声预报,[方法]首先,对离心风机整个流域进行结构化网格划分,采用大涡模拟(LES)获得叶轮表面随时间变化的脉动力,以旋转偶极子辐射为模型,采用声学有限元方法计算管道中的辐射声;然后,以蜗壳部分的壁面偶极子为辐射源,计算壁面脉动压力辐射声;最后,将数值计算结果与试验结果进行对比分析。[结果]结果表明,蜗壳壁面脉动压力辐射声在低频段高于叶轮辐射声,而在高频段低于叶轮辐射声;数值计算结果与实验结果具有一致性。[结论]所提叶轮辐射声及蜗壳壁面脉动压力辐射声的预报方法可满足工程应用需求。     

分析水中结构自由振动的三维附加质量矩阵法

船舶总体振动分析需考虑对船体外部水的影响。通过建立水域三维有限元模型进行计算或者先计算出附加质量后,加入到结构质量中进行计算。随着有限元技术的发展,船舶大都采用三维有限元建模。传统方法,例如刘易斯附加水质量法,虽然考虑到纵向变形,但确没有忽略船体横剖面的变形,因而不够准确。采用三维边界元方法,考虑水中结构振动的三维效应,计算三维附加质量矩阵,并对水中结构振动进行分析。结果表明,水中结构振动是三维变形,应该采用三维附加质量矩阵进行振动分析。     

舰船轴系纵向减振器参数优化方法

[目的]轴系的纵向振动是引起船体振动的重要因素之一,安装纵向减振器能有效减小轴系纵向振动,进而控制船体的振动噪声,但减振器参数的变化会引起轴系振动特性的变化。[方法]以某轴系试验平台为研究对象,建立有限元模型,在直线校中状态下,分析轴系纵向刚度与其纵向振动的关系。在此基础上,建立该轴系纵向减振模型,对减振器参数进行无量纲化,保持减振器质量不变,采用寻优算法求解减振器的优化阻尼值和刚度值。[结果]通过比较轴系纵向减振器参数优化前、后轴系的纵向振动频域响应情况,表明减振器参数优化后可有效减小该轴系的纵向振动。[结论]研究结果能够为轴系纵向减振器参数优化提供理论依据。     

基于FEM-BEM法考虑弹振效应的超大型船舶结构疲劳损伤分析

为了研究超大型船舶波激振动响应及其对结构疲劳损伤的影响,提出综合有限元-边界元(FEM-BEM)法和考虑船体弹振效应的谱分析法对超大型船舶结构疲劳损伤进行分析。首先,基于三维有限元模态分析法获取各阶振动的位移及应力振型和主质量等,作为三维频域水弹性理论预报的输入参数;然后,将水弹性理论预报所得的主坐标与三维有限元分析所得的应力振型结合并叠加,得到结构应力响应函数;最后,基于谱分析法,计算波浪载荷与弹振载荷对结构疲劳累积损伤的贡献度。研究表明,与传统梁理论和准静态有限元法相比,论文提出的方法可更合理地计算大型船舶的高频弹振响应及其对结构疲劳损伤的影响。     

推进器激励船舶振动辐射声计算方法

文章在铁木辛柯梁的基础上,建立螺旋桨、轴系及船体耦合振动的数学物理模型,采用声极子模型计算各船体截面振动引起的辐射声压。计算分析了激励力直接作用到船体和经螺旋桨、轴系激励船体振动产生声辐射的差别,指出轴系振动对螺旋桨激励力激起船体振动并产生声辐射有着关键的影响作用。     

船体低阶湿模态计算方法对比研究

以某豪华游轮船体为研究对象,针对船体梁的低阶湿模态特性,将虚质量法应用于船体低阶湿模态计算,并与基于Lewis经验公式的附加质量法进行了对比分析。结果显示两种方法前四阶船体湿模态相差均在4.5%以内,特别是船体首阶湿模态相差仅0.3%。但附加质量法计算附连水质量过程复杂,且高阶模态计算偏差大。虚质量法计算过程简单,计算结果准确可靠,并且可在一次计算中得到船体前几阶低阶湿模态。本文使用的计算方法适用于船体低阶湿模态计算,对工程实际问题有一定的参考价值。     

基于Rankine源和Kelvin源格林函数求解兴波阻力的复合算法

[目的]运用边界元法计算船舶兴波阻力基本上是先求解船体附近的速度分布,然后采用伯努利方程进行压力积分,其计算过程复杂,且误差非常大。[方法]提出一种可快速计算船舶兴波阻力的复合算法,利用Rankine源格林函数求解船体表面源强,结合Lagally定理进行受力计算,并基于Kelvin源格林函数求解船舶兴波阻力。运用该算法对Wigley船的兴波阻力进行计算。[结果]计算结果表明,所用算法相较于运用线性兴波阻力中的薄船理论得到的结果精度更高,而且与完全使用Kelvin源格林函数的算法相比效率也更高。[结论]所用算法可在计算兴波阻力时作为精度与效率之间的一种折中方法。     

基于模态模型的船体薄板辐射响应变异性分析系统

传统系统不能在水中对振动频率和声辐射进行分析,存在分析效果差的问题,提出基于模态模型方法对船体薄板辐射响应变异性分析系统进行设计。架构船体薄板辐射响应变异性系统硬件框图,为了解决振动频率问题,需对结构中报警电路进行设计;针对硬件中的RS232转换器需对内部软件功能展开分析,利用模态模型分析声辐射耦合结果。由实验结果表明,该系统比传统系统辐射声功率等级高35 d B,分析效果较好,可在水中对振动频率和声辐射进行分析。     

THAFTS在大型散货船水弹性响应中的应用

随着船舶主尺度的增加,在进行船舶运动与波浪载荷分析时,为了考虑船体弹性变形与流体运动的相互作用,有必要采用水弹性分析方法。采用中国船舶科学研究中心开发的三维水弹性软件THAFTS对大型散货船的水弹性响应进行研究。首先,采用有限元方法分析了船体在真空中的固有频率和振型;然后基于模态叠加原理,计算了船体在波浪中的运动和水弹性响应,并讨论了航速对波浪载荷的影响;最后探讨了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,所得结论对于大型船舶的结构设计具有重要的参考价值。