加肋圆柱壳声学相似性试验

本文通过相似的有限长加肋圆柱壳模型在空气中受激振动和水中辐射声功率的相似性试验，验证了文献[1,2]采用有限元和边界元方法提出的弹性结构振动和水下声辐射的理论相似关系。从加速度传感器测量的振动加速度响应中得到的模型前10阶模态频率表示为无量纲频率ωl/E/ρ，它们与理论结果比较，不同模型同阶无量纲频率的最大相结偏差小于5％。测量的振动加速度以al^3ρ/F进行归一化处理，结果基本符合理论相似关系，对加速度进行多点平均或宽频带处理后，试验结果与理论结果更加符合，三个模型在测量频段内的归一化加速度级相差2dB左右。参照空气声学中的方法，在水池的半混响环境中测量模型的水下辐射声功率，为此围绕模型选择一个测量面，由测量面上的声压和水池的混响时间估算辐射声功率，并以ωl^2/F^2进行归一化处理，结果表明在高频段模型的归一化辐射声功率级相差1－2dB。模型设计和试验时，缩比因子λ、谱级倍频程数K和频率移动的频带数N应满足关系2^N/K=λ。     

分舱形式对圆柱壳结构声学性能影响研究（英文）

为研究舱壁布置形式对圆柱壳结构声学性能的影规律,文章应用有限元方法对等间距与不等间距分舱圆柱壳模型的振动响应进行了计算,以此为输入可计算获得壳体的均方法向速度级声学传递函数,并在典型频率处应用波数谱分析方法将壳体空间域振动场转换到波数域上,对壳体的振动进行波形分离与量化,分析获得了舱壁等间距布置与不等间距布置圆柱壳在典型激励下的结构声学性能,并解释其机理。研究表明:对垂向激励,圆柱壳不等间距分舱相比等间距分舱具有较好的结构声学性能,但对轴向激励,两者区别不明显。若将不等间距分舱与局部结构补强措施相结合,则可使得圆柱壳在两典型工况下均能获得更优的结构声学性能。     

加肋圆柱壳制造误差对声学性能的影响研究

利用有限元软件ANSYS和边界元软件Sysnoise对加肋圆柱壳建造中可能产生的椭圆度、轴线倾斜、舱壁倾斜偏移的多种误差进行仿真计算,分析制造过程中产生的不同尺寸误差模型的系统声辐射特性。结果表明,声功率随着几何偏差尺寸增大而增大,但在所确定的加工工艺允许的要求范围内,这些偏差对声辐射影响很小,其中椭圆度对结构声学性能的影响较其他两种结构误差稍大。     

基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析

为说明双层圆柱壳外壳振动模式与声辐射间的一般性规律,在通过结构有限元耦合流体边界元方法获得外壳的振动响应后,采用波数谱分析方法将其振动响应在无限长圆柱面上进行波数域的展开,实现振动的波形分离,并获得振动和声辐射功率波数谱,从而对其振动与声辐射模式进行判断。研究表明,双层圆柱壳外壳的周向振动呈现为多模式特征,轴向振动具有短波振动特征;周向辐射模式为低阶辐射模式,轴向辐射模式为长波辐射模式。     

超长舱段加筋圆柱壳结构优化设计

针对超长舱段加筋圆柱壳结构,分别基于等刚度和变刚度的设计理念,采用遗传算法对其结构进行优化设计研究,探究了不同分段方案以及不同材料参数对其优化设计方案的影响,优化结果表明,当材料的屈服强度较低时,由于受到强度条件限制,分别采用变刚度和等刚度的设计理念优化得到结构方案差异较小;而当采用高强度材料时,稳定性为结构设计的积极约束条件,采用变刚度的设计理念可以得到重量更轻的设计方案;同时,不同的分段方案对优化结果也有一定的影响.     

肋骨非均匀排列的圆柱壳振动特性研究

研究了肋骨非均匀排列对加肋圆柱壳振动特性的影响。首先,以安德森定域效应的原理为基础,肋骨间距为随机分布,分析了肋骨非均匀排列时圆柱壳的振动特性,然后,采用两种肋骨间距,交替排列,构造整个圆柱壳的肋骨不等间距排列形式,两种肋骨间距的确定方法是:保持两种肋骨间距的总和不变,逐步增大两者的间距差,从而增加相邻的肋骨间的两个圆环结构的固有频率差,直至固有频率差趋于不变,最终确定了两种肋骨间距。分别计算并对比分析了肋骨等间距和不等间距排列的圆柱壳的均方振速,结果表明:肋骨不等间距排列具有一定的减振效果。     

潜艇耐压圆柱壳结构的优化设计

本文根据结构特点,从解多目标优化问题的简单目标规划法出发,建立了一种单目标约束最优化的数学模型。用复形法求解后,根据材料屈服极限事实上是离散变量的实际情况,以重量最轻为目标函数作了第二阶段优化,并对壳板厚度、环向肋骨间距这两个连续变量作了专门处理,使设计变量都转化为规格化的离散变量,从而使优化设计更为实用。若干实例设计表明普通环肋圆柱壳结构优化方案明显优于原设计方案;在某些特定情况下,纵横加肋圆柱壳结构是一种优于普通环肋圆柱壳结构的结构形式。     

潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性研究

举艇耐压圆柱壳是潜艇承受外载的主要结构,其失效模式多种移样,而且相互关联,因此,潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析是一个多复杂、相关问题的可靠性分析问题,本文从潜艇耐压圆柱壳的失效模式建立到总体及各种失效模式的可靠性大小计算,建立了一套计算潜艇耐压圆柱壳结构可靠性的分析。编制了潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析计算机程序,并以具体潜艇耐压圆柱壳结构进行了可靠性分析,从其对耐压圆柱壳的计算结果可以看出,潜艇耐压圆柱壳结构的失效概率并不等于各失效模式的失效概率之和,这不同于Ｆａｕｌｋｎｅｒ做出的求和理论假定。本文的潜艇耐压圆柱壳可靠性分析,为多模态失效的系统可靠性计算开辟了新的途径,对潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性设计提供了一定的理论基础。     

不等间距加肋圆柱壳局域化效果预报及仿真验证

以有限长加肋圆柱壳为研究对象,获取不等间距加肋圆柱壳的局域化系数,并验证局域化系数理论公式的有效性。采用通频带近似法及等效参数识别技术,利用弹簧振子链系统的局域化理论公式预报不等间距加肋圆柱壳的局域化系数。基于不规则系统的波传递矩阵具有各态历经性,通过建立多个具有相同不规则程度的非等间距有限元模型获得振动场,分析振动能量在轴向位置的平均变化曲线获取衰减系数,与预报的结果进行对比,得到不等间距加肋圆柱壳的局域化系数,验证局域化系数理论公式作为统计平均的结果,当单元数量足够多时与预报结果比较吻合。研究表明,根据数值解析得到的通频带可以给出用于振动局域化系数计算的结构参数,基于各态历经性的模型验证方法可以很好地与理论结果拟合。局域化系数公式可以作为实际结构的定量化使用。     

敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题：其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明：加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。     

基于声学无限元法的加筋圆柱壳声振特性研究

以无限长圆柱壳体为研究对象,基于声学无限元法利用数值计算方法对其结构外声场进行分析,对加筋圆柱壳的振动和远场水下噪声特性进行研究,讨论外壳厚度、内壳厚度、托板厚度、型材尺寸等结构参数对壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响。结果表明:改变外壳厚度参数对其表面振动均方加速度级及远场辐射声压级影响最大。     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR?TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明：当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

几何制造误差对圆柱壳声辐射影响的数值仿真分析

通过ANSYS和SYSNOISE有限元软件对含有制造几何误差的圆柱壳体进行仿真建模和声辐射计算并与理想状态的完善圆柱壳体结果进行对比.查看由不同形式的几何误差所带来的对声辐射的影响,并得出其声辐射有着随几何误差增大而增大的规律.     

基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析

基于径向形函数可任意变阶的映射声无限元法,对加筋双层圆柱壳的振动声辐射特性进行分析.取无限长圆柱壳体为研究对象,基于映射声无限元法,通过数值计算法对其辐射声场进行研究分析;并将其数值结果与解析解进行对比分析,结果显示二者吻合较好,验证了本文方法的可行性,同时发现此方法具有计算精度好、效率高等优点.在此研究基础上,基于映射变阶声无限元法,对加筋双层圆柱壳的内壳振动特性和远场声辐射特性进行分析,分别讨论内外壳厚度、型材尺寸和托板厚度对加筋双层圆柱壳内壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响,其分析结果表明,内壳厚度结构参数对其内表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响最明显.     

加筋圆柱壳结构振动与辐射噪声关系分析

采用传递函数法和声传递矢量（ATV）得到了加筋圆柱壳从结构测点加速度到声场测点声压的声辐射传递函数,以及结构测点加速度到辐射声功率之间的传递函数。通过对两个加筋圆柱壳结构的振动与辐射噪声关系的数值分析,讨论了结构测点加速度与辐射噪声之间的相互关系,结果表明结构测点加速度与辐射声功率和辐射声压之间并非单调关系。     

基于传递矩阵法的纵肋圆柱壳振动特性计算

基于传递矩阵法,结合振动微分方程,提出一种计算纵肋圆柱壳自由振动特性的周向传递矩阵法.该方法基于板壳理论和圆柱壳振动控制方程,推导出圆柱壳周向传递的场传递矩阵和纵肋处的点传递矩阵,结合圆柱壳边界条件,得到频率方程,利用精细时程积分法原理,可保证计算的精度.将计算结果与有限元解进行比较,验证方法的有效性,同时比较传递矩阵...     

水下加筋圆柱壳体的振动与近场声辐射研究

从实验和理论计算两个方面,对敷有隔声去耦材料的水下加筋圆柱壳体振动和声辐射进行讨论分析。实验分为三种工况：双壳全部敷设、双壳60％敷设和双壳不敷设隔声去耦材料,实验结果数据包括模型的振动加速度和辐射声压。理论计算采用有限元结合边界元技术计算模型的低频特性,采用统计能量分析计算模型的中高频特性。通过对实验和计算结果的对比分析,证明隔声去耦材料在200Hz以上能明显减小结构振动和降低辐射噪声。另外,还发现有限元结合边界元的计算结果只在700Hz以下与试验结果吻合较好,这说明传统的FEM＋BEM和统计能量分析在计算复杂结构声振耦合系统时的适用频率范围是不同的,前者适合低频问题,后者适合中高频问题,它们具有互补性。     

复合材料圆柱壳的波动特性研究

基于壳体理论,研究圆柱壳的频散特性以及相速度和群速度特性,利用数值方法求取特征方程的实数、虚数和复数根,分析其物理含义.研究表明,传播波的数量随激励频率的增加而增加,这些传播波的起始频率都是某一支近场波的截止频率.     

Fast Prediction of Acoustic Radiation from a Hemi-capped Cylindrical Shell in Waveguide

In order to predict acoustic radiation from a structure in waveguide, a method based on wave superposition is proposed, in which the free-space Green＇s function is used to match the strength of equivalent sources. In addition, in order to neglect the effect of sound reflection from boundaries, necessary treatment is conducted, which makes the method more efficient. Moreover, this method is combined with the sound propagation algorithms to predict the sound radiated from a cylindrical shell in waveguide. Numerical simulations show the effect of how reflections can be neglected if the distance between the structure and the boundary exceeds the maximum linear dimension of the structure. It also shows that the reflection from the bottom of the waveguide can be approximated by plane wave conditionally. The proposed method is more robust and efficient in computation, which can be used to predict the acoustic radiation in waveguide.