充液柔性接管轴向耦合阻抗理论研究

本文基于管内平面波假设,考虑泊松耦合,从基本方程出发,推导充液柔性接管的声阻抗、机械阻抗和机械-声、声-机械耦合阻抗的解析表达式,通过算例对轴向阻抗结果以及耦合与非耦合的阻抗结果进行对比,研究几何参数对轴向阻抗结果的影响,比较钢管和橡胶管的轴向阻抗值.所给出的计算公式拓展和完善了现有柔性接管阻抗的理论研究工作,可以为耦合阻抗试验测试提供理论依据.研究结果对于柔性接管动态特性的综合研究、提高管路系统声学设计水平具有重要的意义.     

弹性边界刚度对充液圆柱壳耦合频率的影响分析

研究了弹性边界刚度对充液圆柱壳的振动特性影响。基于Flügge理论并考虑流体的影响,根据波动法建立弹性边界条件下充液圆柱壳的耦合振动特征方程,采用一种改进傅里叶级数的计算方法得到弹性边界条件下的轴向波数,将求得的轴向波数代入耦合方程并利用牛顿迭代法求解方程得到耦合频率。通过与两种边界条件下充液圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。通过算例,分析了在边界约束刚度变化过程中,充液圆柱壳的耦合频率在不同轴向波数、壳体尺寸等因素下的变化规律。     

基于流固耦合的线性充液卡箍管路振动研究

充液管路液压系统广泛应用于舰船、车床、制冷等大型运输系统上,由于管子的振动效果是充液流动情况所致,对其研究需要借助于流固耦合理论。本文针对线性充液管路,在有限元理论的基础上建立振动的流固耦合模型,研究对称布局限制下的管路振动模态及Von Misses应力分布情况,重点分析充液管路长度对压力波动的影响。结果表明:卡箍设置处能够明显减弱振幅,越远离卡箍设置处振动效果越明显,共振情况随着振动频率的增加明显得到加强;应力最大点只要布局在管子内部。压力变化是液压作用的宏观表现,波动的曲线反应出充液过程是一个复杂的作用过程,尽量选择布置长度较短的充液管路。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型.管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的...     

基于流固耦合的线性充液卡箍管路振动研究

充液管路液压系统广泛应用于舰船、车床、制冷等大型运输系统上,由于管子的振动效果是充液流动情况所致,对其研究需要借助于流固耦合理论。本文针对线性充液管路,在有限元理论的基础上建立振动的流固耦合模型,研究对称布局限制下的管路振动模态及 Von Misses 应力分布情况,重点分析充液管路长度对压力波动的影响。结果表明：卡箍设置处能够明显减弱振幅,越远离卡箍设置处振动效果越明显,共振情况随着振动频率的增加明显得到加强;应力最大点只要布局在管子内部。压力变化是液压作用的宏观表现,波动的曲线反应出充液过程是一个复杂的作用过程,尽量选择布置长度较短的充液管路。     

潜艇管路系统固液耦合动力特性研究

根据Hamilton 原理,推导了管路固液耦合振动微分方程,通过Galerkin法,计算出了管路系统振动固有频率的近似解析式.研究表明,潜艇管路系统振动固有频率随内流流速的增大而降低,随压强的增加而略有提高.因充液输送管路内脉动的随机性,并用ANSYS 对其进行了动力特性研究,探测其共振响应.     

船用复合材料管路振动特性试验研究

为研究船舶中复合材料充液管路的减振特性,首先采用几何尺寸相同的复合材料直管和钢直管进行振动响应对比分析。通过直管的四端阻抗测试,获得2种材料直管的传递矩阵,对比分析复合材料管路与钢管的振动传递损失。然后对2种材料直管进行自由边界下的模态测试,获取管路的阻尼系数。试验结果表明:在满足输水性能和结构强度的前提下,复合材料管路只是同几何尺寸钢管质量的一半,复合材料管的固有模态频率要低于钢管,模态阻尼系数却远大于钢管。在2500 Hz内复合材料管的横向振动传递损失优于钢管;而轴向传递损失在低频段要劣于钢管,高频段又优于钢管。因此在减振性能上,复合材料管更利于振动能量在传播过程中的衰减。研究成果可为复合材料在船舶充液管路减振降噪中的应用提供参考。     

船用复合材料管路振动特性试验研究

为研究船舶中复合材料充液管路的减振特性,首先采用几何尺寸相同的复合材料直管和钢直管进行振动响应对比分析。通过直管的四端阻抗测试,获得2种材料直管的传递矩阵,对比分析复合材料管路与钢管的振动传递损失。然后对2种材料直管进行自由边界下的模态测试,获取管路的阻尼系数。试验结果表明:在满足输水性能和结构强度的前提下,复合材料管路只是同几何尺寸钢管质量的一半,复合材料管的固有模态频率要低于钢管,模态阻尼系数却远大于钢管。在2 500 Hz内复合材料管的横向振动传递损失优于钢管;而轴向传递损失在低频段要劣于钢管,高频段又优于钢管。因此在减振性能上,复合材料管更利于振动能量在传播过程中的衰减。研究成果可为复合材料在船舶充液管路减振降噪中的应用提供参考。     

船舶蒸汽管网水力热力耦合计算方法

船舶蒸汽系统水力热力耦合计算是系统设计、管路布置的理论基础。在城市供热管网计算模型的基础上,针对船舶蒸汽系统管网布置错综复杂、管路附件多的特点,考虑蒸汽的可压缩性、管路及附件的摩擦阻力以及散热等特性,建立适用于船舶蒸汽系统管网的水力热力耦合计算模型,并采用标准四阶龙格—库塔(Runge-Kutta)方法对其进行求解。对某型船舶蒸汽系统的3种工况进行水力热力耦合计算,发现计算结果与试验数据最大误差不超过4.1%,满足工程计算的精度要求,表明所提出的方法能很好地应用于船舶蒸汽系统管网的设计优化和计算分析。     

水中充液方箱振动和声辐射的有限元分析

针对水中充液方箱模型,进行了结构振动特性和受激声辐射特性的有限元数值分析.分别计算了结构物在空气与水中固有频率以及结构声辐射的声强级的频率响应.比较了附连水对结构物固有频率的影响.比较计算结果表明ANSYS对流固耦合的处理是可信的.     

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。     

不同冷却方式对大尺寸钢板感应加热成形的影响

为有效解决船用中厚钢板复杂曲面加工问题,研究空气冷却(空冷)、正面水冷和反面水冷方式对大尺寸钢板弯曲成形的影响因素。首先采用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟电磁感应加热和冷却变形多物理场同步耦合过程,然后分析各种因素对大尺寸钢板弯曲成形的影响,最后通过试验验证有限元模型的可靠性,并对感应加热弯曲成形效果进行评估。结果表明:相对于水冷,空气冷却对钢板Y向位移改变效果显著;相对于空气冷却,水冷对钢板角位移的改变影响明显;当频率为50 k Hz时,电流频率对表面温度和角位移影响显著;当钢板长宽比不小于1∶2时,Y向位移的增加比较显著;当长宽比约为1∶1时,角位移的改变比较明显。     

基于Halbach阵列作动器的柴油机低频振动传递控制

柴油机是舰艇三大噪声源中机械噪声的主要贡献者,控制柴油机传往甲板或壳体的振动意义重大。该文基于Halbach阵列研制的新型作动器用于控制柴油机的低频振动传递。首先基于MATLAB平台利用实测数据对LMS算法中的滤波器系数和步长进行优化选择,然后通过实验验证了该作动器和所设计控制器的有效性。结果表明使用低频线谱自适应控制策略以后,基座和甲板振动在控制作用频率上均得到抑制,取得7dB左右的控制效果。     

艉置消振推力轴承降噪机理分析及试验验证

本文针对螺旋桨-轴系-船体耦合振动产生的高辐射噪声问题,从新型推力轴承设计出发,提出了艉置消振推力轴承的设计方案。该新型推力轴承具有艉部对称安装、纵向刚度低噪声匹配、径向采用隔振处理等技术特点。通过建立螺旋桨-轴系-船体耦合振动声辐射计算模型,采用数值计算方法揭示了艉置消振推力轴承的降噪机理,并在开阔水域开展了艉置消振推力轴承降噪效果的验证试验,试验结果表明,该新型推力轴承具有良好的降噪效果,可将螺旋桨纵向激励力经轴系传递到试验模型壳体引起的辐射噪声降低7.3 dB。该研究为降低舰船桨-轴-船耦合振动辐射噪声提供了一种新的技术途径。     

螺旋桨附连水效应的数值计算方法研究

在船舶推进轴系振动和校中计算分析中,螺旋桨在流场中引起的附连水效应是一个很重要的参数。但实际计算中,螺旋桨附连水效应一般用其自身转动惯量和质量乘以一个经验系数来得到。针对该不足,文章介绍了分析螺旋桨附连水效应的稳态谐响应数值计算方法和常用经验公式。通过对一个多用途船的螺旋桨附连水效应进行数值计算,并与经验公式的估算结果进行对比分析,误差均在合理范围内,验证了该数值方法的可应用性。     

水下压电智能结构振动控制中 传感器/作动器位置优化

文章围绕智能结构水下振动控制中传感器/作动器的位置优化问题,搭建Abaqus-Matlab联合建模平台,得到水下智能结构的状态空间模型,建立基于能量传递的优化准则,在频段为0～600 Hz处,对比可选传感器及作动器位置区域的可控、可观度的大小,由此获得了传感器/作动器的最佳粘贴位置。最后通过相同激励信号下,不同配置位置的水下压电智能圆柱壳振动能量传递的大小,验证了优选位置的合理性。     

波浪中过度加速度的非线性时域预报

国际海事组织(IMO)船舶设计建造分委会(SDC)第4次会议把过度加速度稳性直接评估的制定提上议程。然而,如何准确预报和评估波浪中的过度加速度依然是一个亟待解决的问题。文章针对此挑战,采用三维时域混合源法进行了波浪中过度加速度的直接预报和评估。首先,采用三维时域混合源法,建立了波浪中船舶大幅横摇运动和船体任意位置处横向加速度的非线性时域预报方法;其次,以4000TEU集装箱船为研究对象,开展规则波和不规则波中的大幅运动模型试验,对计算方法进行验证;然后,对比分析了3DOF(垂荡—纵摇—横摇)和4DOF(横荡—垂荡—纵摇—横摇)耦合数学模型的计算精度;最后,分析了船体横向加速度的影响因素。研究表明,考虑横荡影响的4DOF数学模型计算精度较高;数值计算结果和模型试验结果吻合良好,证明文中建立的非线性时域方法可有效预报波浪中的过度加速度,可用于IMO过度加速度衡准的制定,也可为船舶设计提供评估手段。此外,文中还研究了IMO薄弱性衡准草案中中国和德国联合提出的加速度简化计算方法的适用性,证明该简化计算方法具有一定的保守性,符合衡准的要求,可用于过度加速度薄弱性衡准计算。     

随轴系做复杂空间运动的船舶 螺旋桨水动性能计算

船舶航行时,附在转轴上的螺旋桨通常做复杂的空间运动。这是因为一方面螺旋桨和转轴不可避免地存在偏心,使得在不平衡激励下转轴在绕自身中心线旋转的同时又发生空间涡动(又称为进动);另一方面,螺旋桨通常工作在不均匀的流场中(即使来流均匀,轴系涡动亦会导致流场的不均匀),桨叶表面的脉动力也会导致转轴的空间振动。对具有复杂三维运动的螺旋桨的水动性能预报是一个难点。本文建立了螺旋桨在流场中随轴系做复杂空间运动时的水动力预报数学模型,并利用不定常面元法求解了这一问题。该方法按时间步顺序求解,考虑了不均匀流场、轴系振动、尾涡的非线性运动及卷曲等因素。利用本文提出的方法并结合结构动力学模型,可以方便地研究流体-螺旋桨-轴系双向流固耦合等问题。同时该方法也可以用来预报船舶转弯、船舶升沉及纵摇振荡、螺旋桨启停及加速等复杂工况下的螺旋桨水动性能。文中通过一个算例验证了算法的有效性。最后,预报了轴系纵向振动幅值为1 mm,振动频率为3 Hz并伴有微量回旋振动时所引起的4381螺旋桨的脉动力。研究表明推力脉动分量大约为其静态分量的4.5/1 000,扭矩脉动分量大约为其静态分量的4/1 000。     

船用泡沫铝夹层板在低温下的冲击动态响应研究

泡沫铝夹层板具有良好的动态能量吸收性能,在极地船舶抗冲击防护方面具有巨大的潜在应用前景。文章利用ABAQUS有限元软件,结合准静态拉伸压缩材料试验,建立了船用泡沫铝夹层板的低温动态冲击数值仿真模型,研究了其动态冲击响应与抗冲击性能,并采用Instran 9350落锤冲击试验机对数值仿真模型进行了试验验证。在此基础上,研究了低温和冲击能量对船用泡沫铝夹层板动态冲击响应的影响。结果表明,随着冲击能量的增加,常温和低温条件下船用夹层板的冲击力峰值、最大挠度和最终挠度遵从乘幂增长规律。与常温相比,低温下船用泡沫铝夹层板的面板变形较小,且随着冲击能量的增加,低温的影响更为显著,即船用泡沫铝夹层板在低温下具有更好的抗冲击性能。     

清淤射流泵流场数值模拟及其参数对性能影响分析

文章采用基于RANS方程的数值模拟方法研究了清淤射流泵的性能,建立了基于CFD技术的清淤射流泵流场分析方法,重点分析了清淤泵喷口间隙、内部结构、出口半径、进口压力等关键参数与流场之间的规律,给出了射流泵流体流动机理,提出了采用QhVh(底部流量与平均速度的乘积)来评价最佳射流泵及作业距离h。文中的射流泵流场数值模拟方法可为该类射流泵设计提供分析评估手段和实用工具。