水下大型结构声场全息重建的波叠加方法研究

文章针对波叠加法相对于边界元法的巨大优越性,将其应用到分析水下大型结构的声场全息重建问题中。根据波叠加方法的近场声全息技术,结合边界元软件SYSNOISE,重建了一80m长的长椭球壳模型在力激励作用下的空间声场。通过理论推导和数值仿真,分析了各因素对重建精度的影响。将波叠加法的计算结果与数值软件计算的结果进行对比,证明了应用波叠加法对其声场进行全息重建的方法是可行有效的,而且计算时间短、效率高、计算精度也完全满足工程需要。进一步拓宽了波叠加法在计算水下结构振动声辐射和声全息问题的应用范围。     

基于声传递向量法的锥柱混合结构声学特性分析

为解决多工况载荷下复杂结构的计算效率问题,采用基于边界元原理的声传递向量ATV方法进行声学数值预报,与FEM/BEM方法对比表明,两种方法在整个频段的计算结果基本一致;将该方法用于求解多工况下锥柱混合结构模型的远场声学响应,讨论模型锥度及肋骨因素对声场特性的影响,得到肋骨对声场的作用要远大于锥度的影响;利用对模型的声辐射贡献量的计算结果,对模型局部面板进行阻尼处理,降低了声场的噪声峰值和平均噪声声压级。     

机械和螺旋桨振动噪声作用下的物探船水下辐射噪声数值预报

探讨了考虑机械噪声和螺旋桨噪声共同作用下物探船水下辐射噪声有效计算方法,采用基于结构有限元-声学边界元的声固耦合模式直接一体化计算水下总辐射噪声级。建立了某物探船整船三维结构有限元模型以及流体声学边界元模型。在船体总振动响应分析基础上,将螺旋桨噪声以点声源的形式与机械振动源同时输入到统一声学环境中求解,对物探船水下辐射噪声进行数值预报,给出了物探船辐射噪声指向特性,并比较了两类噪声源一体化计算方法与直接叠加合成方法在物探船水下辐射噪声计算结果的差异。研究表明,采用机械噪声与螺旋桨噪声直接叠加合成总辐射声级的方法在工程精度上可接受,但一体化计算是更合理的处理方式。     

机械和螺旋桨振动噪声作用下的物探船水下辐射噪声数值预报

文章探讨机械噪声与螺旋桨噪声共同作用下的物探船水下辐射噪声有效计算方法,采用基于结构有限元—声学边界元的声固耦合模式对水下总辐射的噪声级进行一体化计算。建立某物探船的整船三维结构有限元模型以及流体声学边界元模型。在船体总振动响应分析基础上,将螺旋桨噪声以点声源的形式与机械振动源同时输入统一声学环境中求解,对物探船水下辐射噪声进行数值预报,给出物探船辐射噪声指向特性,并比较2类噪声源一体化计算方法与直接叠加合成方法对物探船水下辐射噪声计算结果的影响。研究表明,工程精度上可接受机械噪声与螺旋桨噪声直接叠加合成总辐射声级的方法,但一体化计算是更合理的处理方式。     

运用代理模型方法预测潜艇结构模型的振动声辐射

基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法,以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。     

运用代理模型方法预测潜艇结构模型的振动声辐射

基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法,以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。     

规则波中船舶波浪增阻理论和经验法预报分析与比较

针对规则波中迎浪下有航速集装箱船船型阻力增加预报,采用一种改进的三维移动脉动源面元法求解船舶运动,进而通过理论方法求解辐射和绕射增阻.速度势求解引入了格林函数空间线段积分和面元积分方法,辐射增阻采用三维辐射能量法计算,绕射增阻通过二阶波浪力中绕射速度势获得.通过与试验数据对比证明了该理论预报模型在精度和效率方面有明显优势.在此预报结果基础上对经验预报模型提出了改进公式,计算结果表明了改进模型对工程设计具有较好的适用性.     

不同模型及不同载荷形式对单层圆柱壳声振特性的影响分析

螺旋桨轴系激励作用下水下航行器的尾部结构会产生低频辐射噪声,针对尾部结构的声振特性开展研究很有必要。本文以水下加肋圆柱壳为对象,采用有限元耦合声学边界元计算了加肋圆柱壳的辐射声功率,针对尾部噪声分析的3种模型:整体三维模型,尾部三维模型+首部梁模型的混合模型,尾部截断模型,分析讨论3种不同模型处理方法对声辐射特性的影响。结果表明采用尾部截断模型计算辐射声功率时在低频段与整体三维模型的误差较大,混合模型在趋势上与整体三维模型吻合较好。对比尾端部不同方向激励力对环肋圆柱壳声辐射特性的影响,结果表明横向和垂向激励对环肋圆柱壳的辐射声功率没有影响,但是对远场声压指向性有较大影响。     

基于波叠加法的圆柱壳声辐射计算

筒状物是日常生活当中非常常见的一种物体形状,采用波叠加法对其进行了声辐射计算,选用了3种虚源来计算,分别是单一简单虚源、双简单虚源以及相似缩比虚源.另外,还对双简单虚源位置以及相似缩比虚源缩比因子对计算结果的影响进行了讨论.结果表明:单一简单虚源很难保证较高的计算精度,而采用双虚源同时虚源位置放置恰当则能获得很好的计算...     

基于波叠加法的声辐射阻计算研究

机械结构的声辐射功率直接表征了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则反映了该结构向外辐射声能量的能力。文章基于波叠加法,研究声场的声压、源强度和表面法向振动速度之间的关系,推导了结构声辐射阻矩阵。针对典型的声学结构,计算了其表面辐射阻。根据声辐射阻定义,设计了声辐射阻的测量装置,通过实验验证了理论计算方法的正确性。且对一般复杂结构,研究了结构声反射及共振对声辐射阻的影响。     

螺旋桨/船体粘性流场的整体数值求解

螺旋桨和船体是相互作用的,孤立地对螺旋桨或船体流场进行数值模拟均无法有效地对它们的相互影响进行研究.本文采用周向平均的混合面处理方法,实现了螺旋桨/船体流场的整体计算,计算结果和试验数据进行了比较,表明该方法能很好地模拟螺旋桨和船体之间的相互影响,从而揭示了真实螺旋桨和船体之间相互干扰的内在规律.本文研究结果为研究螺旋桨和船体相互影响提供了更加精确和实用的研究手段.     

物理过程参数化方案对加勒比海台风模拟的影响

针对大气模式的多个物理过程,研究不同微物理过程和积云对流参数化方案组合对WRF模拟加勒比海地区台风路径和强度的影响。结果表明：虽然台风路径模拟对于参数化方案组合的选择具有一定的“个例依赖”特性,但综合来看,WSM5-Kessler的组合方案对模拟加勒比海地区台风路径的模拟效果最好,其次是WSM6-Kessler组合。台风强度模拟“个例依赖”特征不明显,以KF积云方案为最优,微物理过程方案对强度模拟影响不明显。     

Database of sail shapes versus sail performance and validation of numerical calculations for the upwind condition

A database of full-scale three-dimensional sail shapes is presented with the aerodynamic coefficients for the upwind condition of International Measurement System (IMS) type sails. Three-dimensional shape data are used for the input of numerical calculations and the results are compared with the measured sail performance. The sail shapes and performance were measured using sail dynamometer boat Fujin. This is a boat of 10.3-m length overall in which load cells and CCD cameras were installed to simultaneously measure the sail forces and shapes. At the same time, the sailing conditions of the boat, e.g., boat speed, heel angle, wind speed, and wind angle, were measured. The sail configurations tested were: mainsail with 130% jib, mainsail with 75% jib, and mainsail alone. Sail shapes were measured at several vertical positions for the shape parameters defined by: chord length, maximum draft, maximum draft position, entry angle at the luff, and exit angle at the leech, all of which finally yield three-dimensional coordinates of the sail geometry. The tabulated shape data, along with aerodynamic coefficients, are presented in this article. In addition, numerical flow simulations were performed for the measured sail shapes and the sailing conditions to investigate the capability and limitations of the methods through detailed comparison with the measurements. Two numerical methods were used: a vortex lattice method (VLM) and a Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS)-based computational fluid dynamics method. The sail shape database, in association with the numerical results, provides a good benchmark for the sail performance analysis of the upwind condition of IMS type sails.     

深海平台砰击载荷的数值分析

文章以深海平台为例,研究在迎浪海况的作用下,波浪对平台的砰击效应.将平台简化为大尺度,深吃水,几何形状规则的刚体,采用计算流体力学中的有限体积方法,将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,使每个网格节点周围有一个控制体积,求解离散方程,利用流体体积理论捕捉自由表面的波形.依据三阶斯托克斯波波浪理论,利用fluent软件建立相应的数值水槽,并进行造波及消波设置,得到稳定的波浪场.采用固定平台六自由度的方法,初步地对平台所受的波浪砰击载荷进行分析计算.     

上游静止柱体对圆柱体结构尾激振动的影响

文章运用半隐式特征线分裂算子有限元算法对串列布置的静止上游柱体和下游圆柱的尾激振动问题进行了数值模拟研究。数值结果表明:上游柱体结构的形状、尺寸比(d/D)和折减速度(Ur)三个参数对下游圆柱体结构的动力响应、运动轨迹与涡脱落模态有着显著的影响,且与单圆柱工况相比存在明显区别;随着尺寸比的增大,上/下游柱体结构之间的互扰作用会由流致效应逐渐转变为尾流效应,使得频率特性发生变化,并会导致下游圆柱体结构的振动响应增强;当d/D=0.5和1.0时,下游圆柱体结构的运动轨迹主要为“8”字形;当d/D=1.5时,除了“8”字形外,运动轨迹还会呈现双弯刀形、“双8”字形和不规则形状。通过对流体力系数与位移时程曲线及位移PSD曲线特性进行分析,揭示了其相互作用的内在机理。另外,下游圆柱体结构的尾流场特性也会随参数的变化而变化,其涡脱落模态主要为2S、P+S和2P三种。     

水下不同边缘扁平结构散射声场特性研究(英文)

鉴于实际中存在的水下扁平结构的边缘特点,也为研究不同边缘附加结构形式对其散射声场的影响规律,并为边缘衍射效应影响抑制机理与技术等奠定基础,本文通过采用边界积分方法和边界元数值计算技术,并结合水下目标散射强度估计和水声无源材料自由场测试等工程实际,对不同边缘结构形式的水下扁平结构在不同频率范围和空间几何配置条件下的散射声场分布规律开展了定量的研究与分析.研究结果表明:在发射声源与结构几何配置等条件一定的情况下,无论前向散射还是镜向散射,附加边缘结构扁平矩板结构散射声场在频域和空间分布趋势上与未附加边缘结构的基本一致,即低频段起伏较小,而中高频段则波动较为剧烈,与结构距离越近越剧烈,这在前向散射中表现得尤为明显,其与波贡献主要成分、附加边缘的结构类型、边缘结构附加方式、结构参数、声波相干作用和边缘重数等因素密切相关.     

小水线面双体船(SWATH)优化设计及数值方法

介绍了基于阻力最小的小水线面双体船主尺度优化方法,引入逐步二次回归的优化思想,结合可变误差多面体算法和乘子法,形成了独特的优化算法.开发了阻力计算和主尺度优化程序(SWATHRES和SWATHOPT),根据输入的主尺度及优化变量约束,程序内确定给定几何表达的主体和支柱船型,在指定的设计航速下,计算输出阻力最小的优化船型及相应的阻力曲线.计算表明:该系统可用于SWATH阻力预报和方案设计阶段的主尺度选型.     

船舶最小回转半径

本文确定了动稳定船舶的最小定常回转半径,进而就可把最优化方法应用于船舶操纵性设计中去。 基于线性化操纵运动方程,在优化过程中,把船体诸形状参数和舵面积作为设计变量,把回转性指数的倒数作为目标函数,把动稳定准则c′作为优化的约束条件。 根据计算结果,本文清晰地阐明了船体某些形状参数及舵面积的变化对最小回转半径的影响。     

Wave analysis of porous geometry with linear resistance law

The wave diffraction-radiation problem of a porous geometry of arbitrary shape located in the free surface of a fluid is formulated by a set of integral equations, assuming a linear resistance law at the geometry. The linear forces, the energy relation and the mean horizontal drift force are evaluated for non-porous and porous geometries. A geometry of large porosity has an almost vanishing added mass. The exciting forces are a factor of 5–20 smaller compared to a solid geometry. In the long wave regime, the porous geometry significantly enhances both the damping and the mean drift force, where the latter grows linearly with the wavenumber. The calculated mean drift force on a porous hemisphere and a vertical truncated cylinder, relevant to the construction of fish cages, is compared to available published results.     

水下结构声固耦合振动的特征值计算

针对水下结构声固耦合振动计算中出现的非对称矩阵(与频率相关)的特征值问题,本文基于共轭子空间迭代法,提出了计算水下结构振动固有频率和振型的双重迭代算法.数值算例表明:该算法收敛性好,用于水下结构声固耦合振动的特征值计算是有效的.文中分别将流体视为不可压缩和可压缩两种情况建立了流固耦合方程,计算了板、加筋板和方箱振动的固有频率和振型,将干模态和湿模态、不可压缩流体和可压缩流体的计算结果进行了比较,并分析了结构刚度和流体边界条件对附加水质量影响系数的影响.