径向激励作用下有限长双层圆柱壳声振传递特性研究

文章利用Donnel壳体方程描述双层圆柱壳振动,以附加阻抗的形式表示环肋、实肋板以及水介质等对壳体的力作用,结合内外壳振动位移模态展开形式,建立了双层圆柱壳内外壳之间的声振传递矩阵。同时开展了双层圆柱壳外壳均方速度响应仿真分析,验证了双层圆柱壳内外壳振动响应之间存在固定的传递关系,不受激励源特性影响,为双层圆柱壳辐射噪声预估提供了一定的理论指导。     

有限长双层加肋圆柱壳体的声辐射特性

考虑双层壳间环形实肋板之间的耦合作用,以及壳间水层、实肋板与内外壳体的耦合作用,建立了有限长双层加肋圆柱壳体的振动声辐射模型,数值分析激励力作用位置、肋板数目等对声辐射性能的影响.     

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。     

肋板与流体的耦合对水下双壳体声辐射的影响

以水下双层圆柱壳为研究对象,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,计算各工况下分别忽略和考虑层间实肋板与内域流体耦合作用这2种情况下结构的振动与声辐射,并从均方法向速度级和辐射声功率级这2个方面分析讨论壳间肋板与内域流体耦合作用对水中双层圆柱壳振动与声辐射的影响。结果表明：壳间肋板与流体耦合作用对水下双层圆柱壳振动与声辐射影响很小。壳间肋板数量越多,厚度越薄,内壳半径越小,肋板与内域流体的耦合作用对结构的振动与声辐射的影响则越小。     

激励力对水下加肋圆柱壳声振特性的影响

利用有限元和边界元方法,研究了激励力对水下加肋圆柱壳振动及声辐射特性的影响。首先分析了加肋圆柱壳受激后的水下声辐射,计算结果与实验值误差小于40%;然后在加肋圆柱壳端面圆心处和侧面母线中点处分别施加轴向、径向和切向的单位激励,讨论了不同位置各个方向的单位激励对水下加肋圆柱壳振动及声辐射的影响.结果表明:在端面圆心处受单位激励时,轴向激励比径向激励产生的振动及声辐射更强,在侧面母线中点处受单位激励时,激起的振动及声辐射,径向最高,切向次之,轴向最低。     

基于Abaqus的舷间充水双层壳体水下声辐射计算方法验证

利用双层弹性球壳及加肋圆柱壳的算例验证Abaqus软件对带有舷间水体的水下结构声辐射计算方法。用Python语言编制了球形场点的辐射声功率计算程序,对结构振动加速度、场点声压和辐射声功率进行了比较。计算结果表明,双层球壳的场点声压与辐射声功率的解析解与Abaqus软件的计算结果吻合较好;双层加肋圆柱壳的Abaqus软件的计算结果与三维水弹性声辐射计算方法的结果存在一定的峰值频率偏移,但计算反映的趋势及曲线峰值吻合较好。在经过验证后,该方法可用于水下带舷间水体的复杂结构的声辐射评估。     

基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值分析

基于统计能量法(SEA)对力激励下的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能进行了数值分析,通过与解析法计算结果的对比,证明了利用统计能量法进行圆柱壳中、高频振动与声辐射研究的可行性.重点分析了双层圆柱壳的振动与声辐射性能,得到一些有价值的结论.最后,对比分析了在相同激励力下的单、双层圆柱壳的声辐射性能,双层圆柱壳的外场辐射声压比单层圆柱壳的小.     

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.     

舱壁与压载对流场中有限长圆柱壳声辐射影响

舱壁与压载是各种水下潜器及潜艇的重要结构形式,研究其对环肋圆柱壳振动声辐射的影响是很有必要的.本文研究了流场中带压载及舱壁的有限长环肋圆柱壳在简谐径向点激励作用下振动与声辐射特性.将舱壁等价为施加在圆柱壳上的线力,舱段底部的压载当做附加质量平摊到壳板上,只考虑其惯性力的影响.基于Flugge薄壳理论和Helmhohz方程,导出加筋圆柱壳的耦合振动方程,计算了耦合结构表面均方速度级和辐射声功率级,分析了舱壁和压载对圆柱壳振动和声辐射的影响.得出以下结论:舱壁对壳体振动的影响要分频段讨论,而对声辐射的影响可以忽略不计;在高频段,压载可有效起到减振降噪的作用.     

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.     

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。     

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥-环-柱结合壳中的应力值，并根据Trefftz准则计算了其失稳临界压力。计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥-环-柱结合壳与锥-柱结合亮相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压力提高。     

正交各向异性圆柱壳的稳态动力响应分析

分析了正交各向异性圆柱壳在静水压力作用下受到径向简谐力作用时的稳态动力响应,并且讨论了结构尺寸变化以及材料特性对响应量的影响.并指出存在着共振峰值和固有频率有微小偏移的现象,文中还给出了冲击面内和面外特征量的响应.     

Topology optimization of core structure of titanium alloy sandwich cylindrical shell北大核心CSCD

［Objectives］ As a new type of pressure-resistant structure, the titanium alloy sandwich cylindrical shell has not yet been studied comprehensively. The topology of the core layer needs to be confirmed using the optimization method. This paper carries out the core topology optimization of titanium alloy pressure-resistant sandwich cylindrical shells.［methods］An unreinforced cylindrical shell with high thickness is selected as the analysis object, and the axisymmetric element is used to calculate the structural stresses via ANSYS. The cylindrical shell is divided into the upper, middle and lower regions along the thickness direction. The structures of the middle region are set as the design variables, and a two-stage topology optimization mathematical model of its core structure is proposed. Based on Matlab, the main control program of the genetic algorithm is established to carry out the core layout optimization of the unreinforced cylindrical shell along the axial direction only and both the axial direction and radial direction respectively.［results］The optimal core topological form consists of equidistant ribs connecting the inner shell and outer shell vertically.［Conclusions］A sandwich cylindrical shell under hydrostatic pressure is a reasonable pressure-resistant structure. © 2023 Authors. All rights reserved.     

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。     

带框架肋骨的环肋圆柱壳的总体弹性屈曲

求解带肋圆柱壳屈曲压力的方法有很多,至今为止大部分人都把目光集中到了以电能量法来求解,因为用其它方法计算加强圆柱壳的屈曲压力是非常困难的.解决大圆柱壳大分舱结构的一个关键问题是求解带框架肋骨的环肋圆柱壳的总体屈曲.为此,提出一种计算带框架肋骨的环肋大圆柱壳总体弹性屈曲能量的方法.     

双周期环加强的无限长多层复合圆柱壳体的径向位移螺旋波谱

由均匀各向同性或复合材料制成的圆柱壳体内沿周向和轴向传播的弯曲波会合成螺旋波,在壳体的声辐射问题中扮演重要角色.文章是对作者在以往关于多层复合壳体声辐射研究的扩展[5].通过数值结果,分析了因周期加强环存在在螺旋波谱云图上的周期分布的亮点,该周期分布亮点归因于Mace和Burroughs所揭示的波数转换效应;同时讨论了因复合材料铺设角变化而引起的螺旋波谱形状在云图中的转动.     

具有内部纵板的水下有限圆柱壳体的强迫振动

运用拉格朗日方程,导出具有内部纵板铰接或固接的水下有限圆柱壳体的振动方程。平板和圆柱壳体的位移场皆采用假设振型展开形式,而壳体和平板之间的位移连续条件通过引入拉格朗日乘子法实现。壳体振动诱发的流体负载采用格林函数和边界振速乘积的边界积分方程表示。采用文中方法得到的壳体结构自然频率和强迫响应同解析法、有限元结果符合良好,表明该方法对于处理具有内部平板结构的有限圆柱壳体的动力学问题有较好适用性和较大潜力。     

船舶甲板结构稳定性实验与数值仿真研究

为了研究具有大开口甲板板架结构的稳定性问题,本文设计了含大开口的甲板板架模型,开展了其轴向受压稳定性实验,并采用非线性有限元软件ABAQUS对该模型的屈曲破坏过程进行了数值仿真计算,试验结果与数值仿真结果吻合较好.在此基础上,分析了导致结构屈曲失效的主要因素,为船舶甲板结构稳定性设计提供了参考依据.     

简支截顶圆锥壳固有振动特性分析及仿真验证

采用 Donnell运动方程和幂级数法,计算两端简支的截顶圆锥壳各阶周向模态下的前2阶固有频率,通过数值计算和有限元仿真对比,研究幂级数法计算圆锥壳固有频率的收敛性和准确性。此外,分析了壳体参数对前2阶固有频率的影响。