悬臂正交各向异性圆柱壳的自由振动分析

圆柱壳是潜艇、化工容器以及宇航结构中的主要形式,它的动态特性一直得到了广泛的研究.基于分离变量法和Flügge经典壳体理论,分析了正交各向异性圆柱壳在悬臂边界条件下的自由振动问题.给出了精确解的形式,得到了自由振动频率和振型的变化曲线.分析了材料特性和几何参数对频率的影响.数值算例结果表明,本文的方法具有较高的精度.     

双层圆柱壳结构减振设计及模型试验研究

为降低双层圆柱壳动力舱结构振动辐射噪声,对双层圆柱壳进行了减振设计和模型试验研究.基于环肋结构增抗原理和模态振动控制理论,提出了非均匀阻抗增强环肋结构形式;为减小双层壳间振动波的传递,将阻振质量和粘弹性夹层引入到实肋板结构设计中,采用波动理论分析了复合阻波特性.联合应用非均匀阻抗增强环肋和复合阻波肋板设计了一种双层壳模型,并开展了空气中两端简支和水下悬浮激振试验;将设计模型测试结果和数值仿真计算结果与基准模型进行了分析比较.结果表明:设计模型较原结构振动明显减弱,具有较好的减振效果,验证了双层壳结构减振设计的有效性.     

The bending vibration response and approximate calculation of elastic cylindrical shell

Useful structure characteristics of elastic cylindrical shells have led them to being widely applied in virtual projects, so it is important to conduct vibration research on the shells and find it＇s a simpler corresponding compact calculation method. Utilising the input and transfer point mobility of a thin plate structure, a theoretical expression of the cylindrical shell＇s bending vibration responsewas deduced and numerical simulations were done to simplify the theoretical expression within an acceptable error margin, greatly reducing the amount of computations. Furthermore, whole vibration response distributions of the cylindrical shell were analyzed. It was found thathe vibration energy propagates in helical form under mono-frequency excitation, while under bandwidth frequency excitation, it attenuates around in term of fluctuation. The axial attenuation rate of the vibration energy is larger than the circumferential attenuation rate.     

基于灰色理论的水下双层壳体振动与声辐射统计能量分析

本文采用统计能量分析对一双层圆柱壳体在水下的流固耦合振动和声辐射进行分析计算.首先对各系统的模态参数采用理论方法计算,与实验结果对比表明,误差较大.为此,本文提出用灰色理论预测各子系统模态参数,通过计算结果与实验结果进行对比,表明提出的方法可行,可以显著降低计算误差,为水下结构振动和声辐射计算提供了一个新思路.     

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。     

管路敷设橡胶层对圆柱壳结构振动与声辐射的影响

以内部设有管路的圆柱壳结构为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,针对管路内、外敷设不同厚度橡胶层时,圆柱壳结构水下振动与声学特性进行数值计算,从圆柱壳结构振动位移和辐射噪声2个方面探讨管路内、外敷设橡胶层对圆柱壳结构水下振动与声辐射的影响.这对水下结构物的声学结构优化具有重要意义.结果表明:对于本算例,管路内、外敷设橡胶层对降低圆柱壳结构水下振动与辐射噪声具有良好效果,并且管路敷设橡胶层越厚,减振降噪效果越好.     

流场中变截面加筋柱壳结构声振特性分析

基于传递矩阵法给出了流场中变截面加筋柱壳结构在受集中力和声压作用下振动与声辐射的求解过程,并在确定模态截断算法有效性的基础上开展对结构振动特性的研究,分析了环板-圆柱壳加筋柱壳结构的损耗因子、流体介质、壳体厚度、环肋数目对其声振特性的影响.结果表明,流体介质的存在使结构振动减小,辐射声压增加;损耗因子增加,振动和辐射声压在中高频段降低;壳体厚度增大,壳体的振动响应减小,低频段辐射声压降低,高频段辐射声压交叉波动;环肋数目增加,结构振动减小,在中高频段,辐射声压降低.     

舱壁对圆柱壳振动声辐射影响研究

文章研究了加舱壁构成的多舱段圆柱壳的振动声辐射特性。壳体振动基于薄壳控制方程,舱壁振动分别考虑相互独立的面内伸缩与面外弯曲振动,建立用阻抗矩阵表示的壳体振动和辐射声功率解。通过数值计算研究舱壁对共振声辐射的影响,讨论舱壁个数、厚度及激励力位置对辐射声功率的作用,并分析舱壁作用机理。针对舱段长度与壳体直径之比在1.5到2.0之间的情况,计算结果表明,舱壁附加机械阻抗的作用导致壳体模态频率向低频移动,但基本不改变低频共振辐射的状态。多道舱壁在高频段降低壳体的均方振速,增加辐射效率,但对辐射声功率影响较小。激励力位置对低频共振辐射产生较大影响,特别是谷值变化可能高达10dB。舱壁的作用主要由其伸缩振动引起,因为伸缩振动产生的径向力的声激励效率最高。     

Research on vibration and near-field sound radiation of ring-ribbed cylindrical shell coated deadening and decoupling materials

The research on structural vibration and sound radiation of underwater ring-ribbed cylindrical shell, which is coated with a kind of deadening and decoupling materials, becomes a focus in recent years. This paper analyzes the problem on two aspects: model experiment and numerical calculation. The model experiment is carried out including three cases firstly, in which the structural vibration response and radiating acoustic field are measured respectively, and the results gained in these three cases are analyzed to discuss the effect of reducing structural vibration and radiating noise of the deadening and decoupling materials. The coupling FEM/BEM and the SEA methods are both used in numerical calculation, i.e. the arithmetic of the coupling FEM/BEM method is adopted to calculate the low frequency characteristics and the SEA method is adopted to calculate the medium-high frequencies characteristics of the model. By comparing experimental results with numerical calculation results, it is proved that the algorithm adopted in this paper is reasonable.     

复合材料层合圆柱壳的振动特性

文章基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳的振动特性进行了研究。通过比较,文中计算方法所得的结果与文献比较吻合。运用该方法,讨论了简支、固支和自由等边界条件,轴向模态和铺层角度对圆柱壳振动特性的影响。分析表明,在低阶周向模态时,边界条件和轴向模态的影响更大。     

加肋有限圆柱壳体的边界条件对其振动和声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,建立了加肋有限圆柱壳体的有限元模型,并采用该模型对十四种方案的水下振动和声辐射进行了分析,讨论了模型边界条件对其水下振动和声辐射的影响规律以及在采用舱段模型代替整艇模型进行噪声估算时中间舱段长度的选取原则。结果表明用一个舱段模拟整艇的动态特性容易造成低频整体模态振型的缺失,在舱段首阶弯曲振动的模态频率以上,采用舱段来预报整艇的表面振动和辐射声功率是可以接受的;当整艇艇长不超过中间舱段长度的两倍时,可以采用舱段模型代替整艇模型进行噪声估算。     

基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究

基于模态叠加法理论,采用l1范数稀疏解方法,实现了水下双层圆柱壳由内壳有限测点振速值重构得到内、外壳振速空间分布,进而基于边界元理论对结构水下辐射声场进行预报。通过数值计算,分析了模态数目、测点数目和模态振型误差等因素对振动声辐射预报结果的影响,为指导速度场重构时模态数目、测点数目的选取提供了一定的理论依据;结果表明基于l1范数稀疏解声学预报方法对模态振型误差有一定的鲁棒性。最后开展了水下典型双层圆柱壳结构振动声辐射预报的试验研究,可为工程领域结构的声振预报提供一定的指导思路。     

圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性比较

单层加筋圆锥壳和圆柱壳是舰艇结构中最常见的结构,其噪声的辐射也受到广泛关注.本文以有限元法和边界元法为基础,在中、低频段研究比较了水中单层加筋圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性.对于相同尺寸的圆锥壳和圆柱壳而言,圆锥壳前10阶模态占主导时的频率f0高于圆柱壳的f0,并且辐射效率随着阶数的衰减要比圆柱壳的衰减快;圆锥壳的辐射效率总体高于圆柱壳的辐射效率;圆锥壳和圆柱壳的声辐射模态振速分布有着相同的规律,为振动噪声的主动控制提供了一些参考.     

有限长半充液圆柱壳振动特性分析

  目的  基于有限元法对水平充液圆柱壳及其内部流体的自由振动和强迫振动特性进行研究。  方法  其结构与内部流体分别采用壳单元、声学单元模拟;通过对流体声学单元施加重力加速度并标记自由液面,以模拟流体小幅晃动。计算液体晃荡频率以及壳体振动频率,并与文献的结果进行对比,验证求解方法的正确性。探讨结构参数、自由液面高度等参数对耦合系统振动特性的影响规律。  结果  结果表明：流体固有频率分为高频和低频2个部分,低频部分为自由液面的自然晃动频率。壳体厚度越小,结构耦合频率越低,自由液面的自然晃动频率越低;随着厚度的增加,自然晃动频率趋近于刚性边界时的值。液深越大,结构耦合频率越低,自然晃动频率越大;当结构频率很低时,自由液面晃动效应对耦合系统响应的影响变得明显。  结论  研究结果对于充液圆柱壳的振动特性具有一定的参考价值。     

纵骨对环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的影响

肋间壳板失稳是潜艇耐压壳体失稳的重要形式之一,加设纵骨是提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的有效方法.通过理论计算,得出以下结论:加设纵骨可以提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性,且α值越大,效果越明显;加设纵骨后的环肋圆柱壳在肋间壳板失稳时,纵向失稳半波数等于l,周向失稳波数大于10,且纵骨尺寸越大,周向失稳波数越大;失稳临界压力随肋距的减小而增大,随纵骨尺寸的增加而增大.     

水下双层圆柱壳辐射声场欠定分离评估方法研究

水下双层加筋圆柱壳振动和辐射声场的评估对其辐射噪声监测和控制具有重要工程意义。文中通过结构振动模态参与因子向量自身的稀疏特性,分析提出了一种基于结构振动的辐射噪声欠定分离评估方法,可实现有限振动测点情况下的水下复杂结构振动和辐射声场的有效评估。数值和试验结果验证了文中方法的有效性,且所需要的振动测点数目少,具有良好的工程适用性。     

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对 Pareto 最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。     

内、外壳对水下双层圆柱壳声振性能影响分析

用解析法研究了三种壳间连接形式(无连接构件、托板或实肋板连接)的双层圆柱壳的内、外壳振动和声辐射性能的差别,并求出了以内壳为基准的双层壳声振性能的修正值。研究结果表明:内壳对双层壳的振动和声辐射起控制作用,外壳的影响可以用修正值来修正;壳间连接越紧密,外壳的影响越小(修正值越小),即外壳对实肋板连接的双壳体影响最小,对无连接构件的双壳体影响最大。     

具有内部甲板的环肋柱壳振动和声学试验分析

对具有内部甲板的环肋柱壳模型进行振动和声辐射试验。先将测量的壳体固有频率和振型与有限元计算值做对比,然后将测量的辐射声压值与理论计算值进行对比,证明了实验的正确性和准确性。结果表明,具有内部平台甲板的模型的振型更加丰富,并且甲板的有无使得模型的固有频率和振型差别都较大,增加内部甲板后激励壳体产生的辐射声压值比激励甲板的要大。     

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。