预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面。为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态。计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著。因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r kbench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析。在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别。计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r k-bench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析.在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别.计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略.     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

考虑流固耦合影响的水中桩基结构振动特性分析

水-结构的耦合振动是一个比较复杂的问题,在设计中,只有考虑水体对结构基频及阻尼比等振动特性的影响,才能使结构设计更为合理、可靠。以往研究多分析水体的附加质量效应对桩柱基频的影响,对水深、桩径、上部结构等因素的影响尚缺乏进一步的研究,对水体的阻尼比增大效应也缺乏定量分析。鉴于工程的需要,利用有限元分析软件ADINA建立水体-桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,对流固耦合作用下结构的基频和阻尼比进行计算,分析多种因素对水中结构振动特性的影响,并给出水体产生的阻尼比推荐值。结果表明,水体会引起结构基频降低及结构阻尼比增大,流固耦合作用对振动特性的影响不容忽视。     

基于ANSYS的流固耦合动力分析方法

在对ANSYS的相关单元进行分析的基础上,重点研究悬臂柱模型在不同水位下的模态计算方法,进行数值演算,给出计算步骤和计算结果,并将其与实验结果相比较,验证计算方法的可行性.通过对不同水位下结构模型的前3阶频率值进行比较,得出当水深达到一定深度时,水对结构的自振频率的影响将不能忽略的结论.     

流固耦合振动流体边界元拟湿模态综合法

本文用流体边界元结合結构模态综合技术对大型结构的流固耦合问题的计算方法进行了研究。基于对用常数边界元计算附连水质量的物理意义的研究,并结合结构部分的计算,提出了一种假设的模态——拟湿模态。数值计算表明,本文的理论结果有足够的精度。     

基于ANSYS的输流管道流固耦合特性分析

应用有限元分析软件ANSYS对输流管道在不同约束条件下进行流固耦合动力学模拟计算和模态分析,得到输流管道在不同约束方式下管壁特征点径向位移、应力与固支点反作用力历程图、固有频率及振型,计算结果对优化管道系统和维护管道系统运行有一定的指导意义。     

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.     

水泥固化土海堤渗流流固耦合效应分析

土石海堤作为一种传统的堤防形式广泛运用于水运工程中,但由于土石海堤自身的局限性,及其修建时的施工缺陷、运行不当,往往存在渗透破坏等严重的安全性问题,严重威胁建筑物的安全运行。针对已有工程,提出一种新型的水泥固化土海堤防渗结构形式,利用有限元软件ADINA,采用摩尔-库仑和Druker-Prager弹塑性本构模型,对普通土石海堤与水泥固化土海堤不同堤坡相同工况下流固耦合效应应力场、渗流场与应变场进行数值模拟分析。结果表明:使用水泥固化土不仅减少海堤内、外堤坡比,节约土地资源,而且降低整个工程的工程投资,是一种简捷、可靠的方法。     

Free transverse vibration analysis of an underwater launcher based on fluid-structure interaction

A pneumatic launcher is theoretically investigated to study its natural transverse vibration in water. Considering the mass effect of the sealing cover, the launcher is simplified as a uniform cantilever beam with a top point mass. By introducing the boundary and continuity conditions into the motion equation, the natural frequency equation and the mode shape function are derived. An iterative calculation method for added mass is also presented using the velocity potential function to account for the mass effect of the fluid on the launcher. The first 2 order natural frequencies and mode shapes are discussed in external flow fields and both external and internal flow fields. The results show good agreement with both natural frequencies and mode shapes between the theoretical analysis and the FEM studies. Also, the added mass is found to decrease with the increase of the mode shape orders of the launcher. And because of the larger added mass in both the external and internal flow fields than that in only the external flow field, the corresponding natural frequencies of the former are relatively smaller.     

基于单向求解、双向流固耦合的悬臂平板绕流涡激振动特性对比研究

本文采用双向流固耦合研究一端固定的二维平板(展向无限长)涡激振动特性,通过流场和结构之间力和位移的相互传递来实现双向耦合。同时,对不同雷诺数下的平板绕流涡激振动进行了计算,并与单向求解算法进行了对比。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率时,将出现频率锁定现象,同时结构将产生极大的位移响应。在锁定雷诺数区域中,双向流固耦合结构位移响应明显小于单向求解算法,而在其他非锁定区间,两种算法差别较小。     

螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究

利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力(轴向、横向、垂向)分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。结果表明,船体结构在螺旋桨激振力作用下在轴频、叶频、一倍叶频、二倍叶频以及船体固有频率处振动响应出现线谱;横向螺旋桨激振力引起的船体水下辐射噪声最大,垂向力其次,最小是轴向力;三个方向激振力同时作用时船体最大辐射声功率出现在叶频处,主要由横向力引起,其次是轴频处,主要由轴向力引起。分析其原因主要是横向激振力在叶频时最大,而且与船体固有频率接近,产生共振,轴向力在轴频处次之。     

考虑流固耦合的多分支管道系统振动研究

利用拉普拉斯变换,把时域14方程模型变换到频域,并化多元一阶常微分方程为一元高阶方程,对其求解,得到直管的频域解析解。然后把任一管段的初始坐标值和末端坐标值代入直管的频域解析解,得到单管的传递矩阵,结合分支点的平衡条件,便可以推导出任意N个分支管的传递矩阵。增加7(N+2)个分支管的边界条件,求解得出任意N分支管路的频域解。最后,进行仿真计算,利用英国Dundee大学Tijsseling教授的实验结果以及ANSYS仿真计算对结果进行验证,验证了文中方法的正确性;并例举了不同分支数目以及不同分支位置管路的仿真计算结果,同时对仿真结果进行了分析。     

船舶螺旋桨流固耦合稳态求解算法

  目的  研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。  方法  基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Work-bench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。  结果  流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%~37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。  结论  所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

加筋圆柱壳体支撑结构振动传递特性试验研究

支撑结构型式和布置位置对加筋圆柱壳体内振动传递特性具有重要影响。文中设计了加筋圆柱壳体试验模型装置,内含壳体支撑结构、平台支撑结构和舱壁支撑结构,开展了加筋圆柱壳体模型的振动模态试验和传递特性试验。以振动传递函数为评价指标,研究了不同频率下支撑结构至加筋圆柱壳体表面的振动传递特性,得出振动传递特性在低频时很大程度上受到壳体结构振动模态的影响。提出等效振动传递函数概念,分析了支撑结构的型式及布置对加筋圆柱壳体传递特性的影响。试验研究结果有助于控制动力机械设备的中低频振动传递,对加筋圆柱壳体内支撑结构的声学设计具有参考价值。