流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体一固体有限元组成的杂交子结构模型基础上,对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构以下二种模态:(1)模综超元法中的动力变换模态和(2)Craig 的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义座标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得二种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及 Craig 法的阶数完全相同,大大减少计算机时。通过由弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与 P.C.Chowdhufy 用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。本方法尤适用于具有大量流固交界面自由度和少量结构对接自由度的船舶流固耦合振动计算,也适用于滨海工程结构和其它工程的这类问题计算。与以往的流固耦合振动计算方法相比,富有实用意义和经济效益。     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体-固体有限元组成的杂交子结构模型基础上.对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构的两种模态——模综超元法中的动力变换模态和Craig的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义坐标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得两种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及Craig法的阶数完全相同,大大减少了计算机时。 通过曲弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与P.C.Chowdhury用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。     

湛江海湾大桥环境振动实验与模态分析

本文对湛江海湾大桥进行了环境振动实验与模态分析,从实验的结果来看,有限元计算的很多模态没有识别出来,遗漏了一些模态,这也表明这些模态较弱,难以被检测到,桥梁实际工作以竖向和横向弯曲振动模态为主。这可以为桥梁实际运营时的振动控制提供很好的依据。实测出的模态频率总体上比ANSYS计算结果偏大,这也反映出ANSYS建立的有限元模型与实际模型存在一定的差异。实测模态分析结果可指导初始模型进行修正,建立较完善的有限元模型。也可建立新桥的指纹技术档案,为以后开展该桥健康监测提供可靠的依据,因此该试验具有重要的工程意义。     

船舶结构振动特性研究

本文利用SHELL63、BEAM4、SOLID95、COMBIN14四种类型共64187个有限单元和30种几何参数建立了接近于真实船舶(包括机舱动力设备)的有限元模型。在考虑流一固耦合状态下，用有限元技术对船舶进行模态分析以及船舶对激励力的振动响应数值计算。在模态分析过程中，采用了矩阵缩减的方法来消除局部模态，以便获得整体弯曲和扭转振动模态。然后对主机单层隔振器和辅机双层隔振器的减振效果进行了预估。将建立的接近于真实船舶的有限元模型和尾部结构的三维有限元和梁组合模型的数值计算结果进行比较，得到一些重要结论。本文为船舶设计人员在船舶设计阶段，预报船舶结构振动提供了一条新的途径。     

船舶总振动固有频率实用算法

分别用一维梁有限元方法和三维有限元方法计算3艘实船总振动固有频率,对计算结果进行统计分析,提出对一维梁有限元方法计算结果的修正,利用110000t油船进行验证。用一维梁有限元方法计算时考虑剪切滞后影响系数;用三维有限元方法计算时,是在ANSYS软件中建立全船的三维空间有限元模型,进行模态分析。通过计算证明该方法能有效改进一维梁有限元计算方法,可快速准确地预报船舶总振动固有频率。     

舱内液体附加质量对船体振动影响的模型实验研究

基于船体结构模型实验研究了舱内液体附加质量对船体总体振动低阶固有频率的影响.实验以钢质船模为研究对象,采用306DF结构模态分析系统进行实验研究,得到了几种不同装载量下的总体振动低阶固有频率.根据奇点分布法编程计算得到不同舱内水位高度下的附加质量,在进行结构有限元计算的时候考虑了附加质量的影响.将模态实验值与结构有限元计算结果进行了分析比较.     

船舶尾部模态数值计算与测试

为了提高船舶尾部模态计算的精度,文章提出了一种尾部详细结构与船体骨架结合的简化有限元模型,应用该模型对某全回转推进船舶尾部模态进行了计算,并将其结果与另外两种传统简化模型（即尾部三维模型与尾部+一维梁混合模型）的计算结果进行了比较。研究发现改进模型与传统模型在尾部局部模态计算中没有明显差别,但对整体模态而言其差异随频率增大而增大。为了进一步验证模型的有效性,在航行过程中对该船舶振动情况进行了测试,并利用运行模态分析法识别尾部整体模态。通过识别结果与计算结果的比较可见,三种模型在基频（1阶弯曲）计算时误差均很小,但是在高阶固有频率计算中改进的模型误差明显小于另两种模型。     

水下航行体纵向振动特性分析

对具有双层壳体结构的潜艇状水下航行体的纵向振动特性进行了研究。采用有限元方法计算了纵向振动湿模态的固有频率和振型，发现该水下航行体内层壳板具有两种典型的纵向总振动振型：“振动节面振型”和“错动块振型”，而外层壳板以局部振动为主。     

活塞侧向力作用的船用柴油机噪声预报方法

为解决柴油机振动噪声精确预报方法问题,建立了TBD234V8柴油机机体和油底壳的有限元模型,用模态试验验证了此模型的可靠性,在有限元模型上施加活塞侧向力,进行结构的时域动力学分析,并应用有限元和无限元结合的方法计算模型的辐射声场。在此基础上,对结构进行改进设计,比较了两种结构的机体外声场辐射噪声改变情况。本文提出的分析方法较频域方法与实际工作过程更贴切,可以用于柴油机振动噪声预报。     

应用分形有限元方法于外域辐射和散射声场分析

应用二级分形有限元方法计算了外域声场.用一人工边界把外域声场分为两部分,人工边界以内使用常规有限元方法,人工边界以外的无限大区域使用分形有限元方法.使用分形有限元方法,一方面形成几何自相似网格使得相邻层之间的单元刚度矩阵和质量矩阵具有非常简单的关系,另一方面引用自动满足无限远辐射条件的全域插值函数把节点自由度变换为一组广义坐标,因而计算量可以大大减少.数值计算结果表明:该方法对于计算无限大外域声场是有效的.     

求解外域辐射和散射声场的分形有限元方法

应用二级分形有限元方法计算了外域声场.用一人工边界把外域声场分为两部分,人工边界以内使用常规有限元方法,人工边界以外的无限大区域使用分形有限元方法.使用分形有限元方法,一方面形成几何自相似网格使得相邻层之间的单元刚度矩阵和质量矩阵具有非常简单的关系,另一方面引用自动满足无限远辐射条件的全域插值函数把节点自由度变换为一组广义坐标,因而计算量可以大大减少.数值计算结果表明:该方法对于计算无限大外域声场是有效的.     

基于柴油机机座结构的有限元模态分析方法

利用大型通用有限元分析软件MSC.patran/Nastran,以某船用柴油机机座结构为算例,并且结合类似研究中对约束条件的讨论,进行初步的线性无阻尼模态分析。在船用柴油机机座的模态分析中常存在的局部模态无法辨识,整体模态振型无法提取的实际应用问题,因而本文分别提出模态有效质量系数以及"虚拟梁"2种技巧。通过有效质量系数来进行模态结果的筛选得出具有主要影响作用的主模态,从而剔除了局部模态。通过虚拟梁的方法提取由于局部变形而无法观察到的结构整体振型。在此基础上以期能够更加深入的进行有限元模态分析,有效地将计算数据提取并加以利用。该算例得出的计算结果以及计算方法还能扩展为同类型的机座结构进行针对性的动力学优化计算。     

船艉结构三维有限元动力分析

以艉部结构为例,阐述对船体结构进行三维有限元动力分析的基本过程和关键技术。建立艉部结构三维有限元模型,使用Fluent软件计算螺旋桨脉动压力,采用Helmholtz方法计算附连水质量;为了消除局部模态的干扰,使用模态参与因子提取结构的整体模态;计算结构的固有频率、模态、速度和加速度等动力学参数。实例分析表明所采用的分析方法能够准确预报结构的振动特性。     

中厚粘弹性阻尼芯层夹层板间的耦合损耗因子研究

耦合损耗因子是统计能量分析中表征结构子系统间耦合程度的一个重要参数.本文提供了一种由夹层板自由振动模态结果描述的夹层板耦合损耗因子计算方法,建立了芯板垂向可压缩变形(研究考虑芯层的横向正应变和正应力)的夹层板四节点有限元动力模型,用有限元方法求解得到夹层板的振动模态结果,继而代入文中计算方法求得两L型边耦合的粘弹性阻尼夹芯夹层板的耦合损耗因子.通过与商业软件AUTOSEA计算结果相比较并分析表明,文中计算方法是正确有效的,为快速准确地确定夹层板耦合损耗因子提供了一种新的思路.     

集装箱船结构动力学分析

以某3 100 TEU巴拿马型集装箱船为例,建立集装箱船体全船结构三维有限元动力学分析的计算模型,对船体结构进行实特征值、有阻尼瞬态响应的计算分析;采用Lanczos方法计算特征值;采用模态方法进行瞬态响应分析.分析结果表明,该船在运营过程中容易出现扭转振动,需要对驾驶甲板的侧翼结构进行修改设计,但其振动强度在总体上是...     

隐身夹芯复合材料舵振动特性研究

对声隐身夹芯复合材料舵进行壳板和整舵的结构形式设计;应用有限元软件MSC. Patran和MSC.Nastran建立声隐身夹芯复合材料舵和钢质舵模型,进行模态计算,得到夹芯舵和钢质舵干湿模态下的各阶固有频率和振型;与局部壳板小模型的振动模态进行比较,分析两种模型不同的振动规律.比较两种舵结构的模态节线图,分析格舵的弯曲、扭转及耦合振动模态.结果表明:隐身夹芯复合材料舵固有频率低于钢质舵,且振型主要为整体弯曲、扭转振动,壳板局部振动较小.     

近海某小型船振动模态有限元法分析

采用有限元法对近海某小型船进行总体振动和上层建筑局部振动模态分析,从而得出结论:该型船在正常使用时不能满足总体振动的频率储备要求,是其发生严重振动的主要原因,对罗经甲板的局部振动提出了改进要求。     

基于柴油机机座结构的有限元模态分析方法

利用大型通用有限元分析软件MSC.patran/Nastran,以某船用柴油机机座结构为算例,并且结合类似研究中对约束条件的讨论,进行初步的线性无阻尼模态分析.在船用柴油机机座的模态分析中常存在的局部模态无法辨识,整体模态振型无法提取的实际应用问题,因而本文分别提出模态有效质量系数以及"虚拟梁"2种技巧.通过有效质量系数来进行模态结果的筛选得出具有主要影响作用的主模态,从而剔除了局部模态.通过虚拟梁的方法提取由于局部变形而无法观察到的结构整体振型.在此基础上以期能够更加深入的进行有限元模态分析,有效地将计算数据提取并加以利用.该算例得出的计算结果以及计算方法还能扩展为同类型的机座结构进行针对性的动力学优化计算.     

多自由度刚体隔振系统冲击响应计算方法

现代舰船设计要求对机械设备隔振系统进行冲击校核。目前,我国舰船设备隔振系统的冲击响应计算主要采用GJB 1060.1-91《舰船环境条件要求——机械环境》中的方法。但该标准给出的多自由度系统动力学模型针对的是多质量且每个质量具有单自由度的系统,而一般隔振系统多为单质量、六自由度系统,因此该模型并不适用于多数实际的隔振系统。以该标准为基础,应用DDAM方法中的三维主模态理论,建立一种单质量、六自由度隔振系统的冲击响应计算模型,可反映出隔振系统的六阶振动模态在冲击响应中的参与程度,从而更准确地描述实际冲击过程。数值算例分析结果表明,与国家军用标准模型相比,采用该模型计算出的机械设备冲击位移响应更小。     

多自由度刚体隔振系统冲击响应计算方法

现代舰船设计要求对机械设备隔振系统进行冲击校核。目前,我国舰船设备隔振系统的冲击响应计算主要采用GJB 1060.1-91《舰船环境条件要求——机械环境》中的方法。但该标准给出的多自由度系统动力学模型针对的是多质量且每个质量具有单自由度的系统,而一般隔振系统多为单质量、六自由度系统,因此该模型并不适用于多数实际的隔振系统。以该标准为基础,应用DDAM方法中的三维主模态理论,建立一种单质量、六自由度隔振系统的冲击响应计算模型,可反映出隔振系统的六阶振动模态在冲击响应中的参与程度,从而更准确地描述实际冲击过程。数值算例分析结果表明,与国家军用标准模型相比,采用该模型计算出的机械设备冲击位移响应更小。