部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳声辐射计算方法研究

利用模态展开技术和Green函数法研究了部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳在流场中的声辐射特性.环肋圆柱壳两端简支,并连有无限长的刚性圆柱障板;阻尼层用无质量的粘弹性弹簧模拟.在环肋圆柱壳的模态运动方程中,外声场、阻尼覆盖层和环肋之间存在复杂的模态耦合效应.文中计算了有限长环肋圆柱壳在水下的辐射声功率和振动均方速度,分析了阻尼层覆盖面积、阻尼层刚度、环肋等对其水下声辐射的影响.     

两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解

文章基于经典弹性板壳理论,通过解析方法导出两端圆板封闭圆柱壳自由振动的求解方程和边界条件。圆柱壳与两端圆板的连接条件由连接处的变形连续性和内力平衡关系得出。应用三角函数和Bessel函数构造该组合壳体的模态振型,对决定任意边界条件圆柱壳模态振型的八次方程的根进行了详细讨论。在MATLAB中编写固有频率的搜索程序,给出了两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解。半解析方法得到的固有频率和振型的数值结果与有限元方法计算的结果作了比较,两者几乎完全一致。该半解析方法不存在高频处理难的问题,并且计算速度远远高于有限元方法。     

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。     

基于结构增抗技术的高腹板环肋双层圆柱壳声振设计研究

针对水下航行体降低线谱的要求,基于结构增抗技术进行环肋双层圆柱壳结构设计.从提高舱段结构针对线谱频率的机械阻抗入手,引入圆柱壳的圆截面内运动假设,运用Donnell壳体理论推导了有限长环肋圆柱壳振动声辐射的径向模态总阻抗;分析了环肋径向模态机械阻抗的变化规律,提出了一种高腹板环肋双层壳结构;并对该新型结构进行了声振特性分析,与从强度角度出发的常规双层壳结构的声学性能进行了比较.结果表明,增大肋骨的径向机械阻抗可提高舱段总的模态机械阻抗;增加环肋的截面积和惯性矩可以增大环肋的径向机械阻抗;高腹板环肋双层壳具有提高舱段整体的模态机械阻抗,能显著降低低频噪声线谱的优点.     

环肋圆柱壳局部损伤后的承载能力及其加强方案研究

采用线弹性和弹塑性有限元方法,对环肋圆柱壳壳板局部凹陷后的强度和稳定性及其加强方案进行研究。结果表明:采用扁钢局部加强可有效降低壳板表面纵向应力和肋骨应力;增大环向加强筋尺寸比增大纵向加强筋尺寸对降低应力值效果更明显,且加强筋端部采用外伸削斜方式效果最好;壳板局部凹陷会改变舱段结构的弹性屈曲模态,使舱段的稳定性略有降低,但对肋间壳板失稳压力影响较小;采用加强筋加强后,可使舱段的稳定性略有提高。     

流场中板和圆柱壳传递函数相关性研究

用弹性理论研究了流场中无限板和无限长圆柱壳的传递函数之间的相关性。运用傅里叶积分变换、势理论和波传播理论推导了耦合方程的解。计算了圆柱壳结构在同一厚度,不同频率处,以及不同半径,同一频率处的传递函数,并与板在相应条件下的计算结果进行了比较,接着还讨论了圆柱壳在同一相对厚度的传递函数。文章通过上述结果的对比,得到了板和圆柱壳在计算结果上的关系,为建立流场中圆柱壳结构声辐射的简化模型提供了理论参考。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

水下圆柱壳振动与声辐射低频等效计算方法

为了提高水下大长径比圆柱壳低频振动响应和辐射声功率的计算效率,该文提出了一种用水下梁模型等效计算的方法。该等效模型基于欧拉梁理论,采用附加水质量近似流固耦合作用,通过计算梁的等效杨氏模量系数,使其与圆柱壳的梁式弯曲振动模态对应。计算表明,对大长径比简支圆柱薄壳（L/a＞20）,等效梁杨氏模量系数主要取决于结构长径比,而厚度对其的影响甚小。文中还给出了不同长径比圆柱壳前五阶模态频率的等效杨氏模量系数曲线,利用梁模型并结合此曲线,可准确预报水下圆柱壳低频域辐射声功率和圆柱壳的梁式弯曲振动模态。     

基于Abaqus的环肋圆柱壳长舱段稳定性分析与结构优化

采用大型非线性有限元软件Abaqus分析了环肋圆柱壳长舱段的稳定性规律,对于环肋圆柱壳长舱段,随着舱段长度的增加,其稳定性的数值仿真解与解析解差别逐渐增大,有限元计算结果能够更加合理准确地反映其稳定性状况.现行规范对于环肋圆柱壳长舱段稳定性的求解适用性有所下降,应该考虑对理论公式进行修正.针对某种典型的环肋圆柱壳长舱段,分别采用一根和两根框架肋骨的方案进行结构优化以提高其总体稳定性,结果表明,一根框架肋骨的优化方案重量较轻,稳定性指标更加接近规范的容许值,两根框架肋骨则比较节省舱内空间.综合考虑,一根框架肋骨的方案更加合理.     

扁平及圆柱形耐压舱段结构的边界效应研究

本文主要研究椭圆形、圆形横截面的扁平壳及圆柱壳耐压舱段结构的边界效应,在工程实际范围内选取椭圆柱壳的长、短轴比例参数,基于理论分析和有限元参数化计算得到无量纲的应力系数等结果,分析了端部固支边界导致的长、短轴端部弯曲应力、中面应力波动的纵向影响范围和周向特征,以及扁平舱段中部典型跨的稳定应力随舱段长度的变化情况,并与环肋圆柱壳舱段结构的边界效应进行了规律对比,同时还分析了相邻椭圆形环肋骨对扁平耐压舱段端部壳板的加强效果.     

层合圆锥壳的声辐射

为了研究流体载荷作用下正交铺设层合圆锥壳的声辐射,详细研究了一个锥壳的声辐射理论模型。通过把层合圆锥壳划分为许多小段圆柱,处理作用在锥壳上的重质流体载荷。然而,锥壳的位移场仍然由单个锥壳的运动方程描述。锥壳的位移利用波传播法和Galerkin法求解。锥壳的远场声辐射利用两端带无限障板的全部圆柱段的声辐射相叠加。声压在波数域表示。研究了层合锥壳的结构声辐射特性。     

不同流场中双层圆柱壳层间声振传递特性研究

采用解析法研究了不同流场中双层圆柱壳层间声振传递特性。壳体的振动用Flügge壳体方程描述,将加强构件等价为对内外壳体的支持力,最后求解双壳体声—流体—结构耦合方程,计算结果用表面振动均方速度级、辐射声功率和辐射效率的形式表示。在数值分析部分,讨论了有限长双层圆柱壳壳间连接形式的变化、壳间及外部流场的变化对其声辐射性能的影响,得到结论是在中低频段,当内壳受激振动,通过外壳向外场辐射噪声时,其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板,其次才是环形流场中的流体介质。     

舰船阻振质量刚性隔振特性研究

利用波动理论的分析、处理方法,分析了阻振质量对船体结构中振动波传递的阻抑特性,讨论了阻振质量偏心布置对其隔振性能的影响。在此基础之上,突破传统柔性隔振理论的局限,开展双层壳动力舱段阻振质量刚性隔振特性研究,从阻抗失配的角度出发,初步给出了具有高传递损失特性的舱壁及出海管道系统结构形式,为船舶结构声学提供参考。研究结果表明:不同形式的阻振质量增大了船体结构的阻抗失配程度,加剧了振动波在船体结构中的波型转换、散射和反射,显著降低了动力舱段中高频带的振动和声辐射。     

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型.对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式.数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响.研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB.外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右.     

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。     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

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.     

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。     

水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射

采用模态叠加法建立了水下纵肋加强圆柱壳振动与声辐射计算模型,其中纵肋的建模采用了Timoshenko梁理论,且考虑了纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动。与仅考虑纵肋径向弯曲振动的传统建模方法相比,文中计算结果与有限元解吻合更好。分析了光壳和纵肋加强圆柱壳的振动模态、壳面均方振速和辐射声功率,给出了纵肋对圆柱壳低频振动与声辐射的影响规律。结果表明,加入纵肋后圆柱壳产生了新的振动模态;在低频段某些频率附近,壳体振动有所增强,但高频振动被明显降低;加入纵肋后,圆柱壳在低频段辐射声功率会出现许多新的峰值,峰的数量随纵肋数目增加而逐渐减少,在更高频段上加入纵肋后辐射声功率明显降低。