任意边界条件下中心开口矩形板自由振动特性分析

  目的  工程中存在着大量的开口结构,对开口板的振动特性进行研究具有重要意义。  方法  通过引入改进的傅里叶级数模拟开口矩形板的位移容许函数,并采用位移弹簧和转角弹簧模拟任意边界条件。在求解整体能量泛函时,将开口部分的动能与应变能减去,基于Rayleigh-Ritz法构造结构的拉格朗日能量泛函,并对傅里叶级数中的未知系数进行变分求极值,将原先的振动问题转化成求解特征值方程的问题。最后,研究不同开口形状及开口大小对矩形板自由振动的影响。  结果  经与有限元软件ANSYS的计算结果的对比,表明采用的方法准确可靠,  结论  所做研究可为实际工程提供参考。     

结构振动声辐射阻尼研究

本文基于振动理论引出了阻尼的基本概念和常见的阻尼形式，综述了阻尼的发展状况及国内外有关辐射阻尼的研究现状，对阻尼的研究意义和发展前景做出了展望。文章重点讨论辐射阻尼的特性，从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念，并用结构的声辐射模态来表征结构自身的固有声辐射特性。作为弹性半空间上基础动力响应的重要参数，辐射阻尼是动力机械基础、舰船减振降噪和水下声辐射的关键课题之一。考虑到辐射阻尼的特性，本文试图采用结构振动时耗散能量与振动总能量的比来建立辐射阻尼的数学模型，并讨论了其在数值方法上实现的可能性，为结构水下声辐射特性研究做出了有益的理论探索。     

圆形薄板在任意弹性边界条件下的自由振动分析

采用改进的 Fourier-Bessel 级数方法和 Rayleigh-Ritz 法对任意弹性边界条件下的圆形薄板进行自由振动分析。通过将圆板的位移函数表示为 Fourier-Bessel 级数和辅助级数的组合,有效地解决了位移函数在边界处的不连续性问题。最后,应用 Rayleigh-Ritz 法建立了圆板自由振动的矩阵方程,所有振动参数可以通过求解矩阵方程得到。方程特征值对应着圆板振动的固有频率,特征向量对应着圆板振动的振型模态。通过数值仿真计算结果与文献、有限元结果对比,证明了该方法的正确性。     

基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析

基于径向形函数可任意变阶的映射声无限元法,对加筋双层圆柱壳的振动声辐射特性进行分析.取无限长圆柱壳体为研究对象,基于映射声无限元法,通过数值计算法对其辐射声场进行研究分析;并将其数值结果与解析解进行对比分析,结果显示二者吻合较好,验证了本文方法的可行性,同时发现此方法具有计算精度好、效率高等优点.在此研究基础上,基于映射变阶声无限元法,对加筋双层圆柱壳的内壳振动特性和远场声辐射特性进行分析,分别讨论内外壳厚度、型材尺寸和托板厚度对加筋双层圆柱壳内壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响,其分析结果表明,内壳厚度结构参数对其内表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响最明显.     

单侧触水复杂形状薄板的自由振动特性分析

[目的]旨在研究单侧触水弹性边界下复杂形状薄板的自由振动特性。[方法]选取包络复杂形状薄板域的矩形域并将薄板位移用矩形域内的改进傅里叶级数表示,结合Rayleigh积分建立表面声压和薄板位移的关系,并将积分式转换到局部极坐标中以避免奇异性,针对局部极坐标中该变限积分中的边界曲线难以获得显式表达式的问题,用“以直代曲”的方式处理结构边界曲线以简化Rayleigh积分,基于能量原理建立了分析单侧触水复杂形状薄板自由振动特性的半解析方法。[结果]给出了单侧触水矩形薄板、圆形薄板和一些复杂形状薄板的算例,与有限元及文献结果对比验证了该方法的收敛性和准确性,并讨论了弹性边界对薄板附加虚拟质量增量因子（added virtual mass incremental, AVMI）的影响规律,各阶AVMI因子在边界位移弹簧无量纲化刚度为103附近出现最大值,此时结构受流体影响相对最大。[结论]该方法适应性较强,计算效率较高,揭示了流体中复杂形状薄板的自由振动规律,具有一定的工程指导意义。     

开孔平板水下振动及声辐射特性

采用有限元与间接边界元相结合的方法,以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象,开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先,计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中,开孔板的固有频率较无孔板低,随着开孔面积增大,大部分固有频率降低;在水中,由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量,开孔板的固有频率升高,且随开孔面积的增大,固有频率升高。然后,开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究,相同激励下,开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低,且随着开孔面积的增大,降低量增大,辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明,开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。     

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。     

潜艇结构振动声辐射数值计算

采用有限元／边界元法对潜艇水下辐射噪声特性进行了研究。依据潜艇各种真实的结构尺寸和设备参数，利用有限元软件ANSYS建立了接近于真实潜艇的有限元模型，并利用该模型来计算潜艇在水下低速航行时200Hz以下频率段的辐射噪声。首先计算了潜艇在电机激励时非耐压壳体表面节点的位移，然后将计算所得的位移结果转换成节点速度导入SYSNOISE边界元模型，以作为边界元计算时的边界条件来研究潜艇的辐射噪声，最后将计算结果与实际测量结果进行了对比，结果显示，在63Hz以下的准确性较高，而在63—200Hz频率段的误差则较大。     

锥柱组合结构振动声辐射特性研究

针对水下航行器尾部结构振动声辐射控制难题,以锥柱组合结构为研究对象,开展水下航行器尾部结构振动声辐射特性研究。首先,基于声固耦合方法,计及流体负载的影响,建立结构振动声辐射评估模型;在此基础上,开展垂向激励力作用下锥柱组合结构振动声辐射特性研究,探究舱壁、环肋和纵向加强筋等结构形式对锥柱组合结构振动声辐射的影响规律。研究表明,1～400 Hz频段,在激励位置附近增设舱壁、适当增加环肋数目可改变结构频谱特性,并有效降低幅值响应,而增设纵向加强筋对结构振动声辐射特性影响不大。     

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。     

中厚耦合板结构的振动特性分析

基于Mindlin板理论,采用改进傅立叶级数的方法对任意弹性边界条件和耦合条件下的耦合板进行了振动分析。为建立通用的结构模型,在耦合板结构的耦合边上均匀布置六种类型线性约束弹簧模拟耦合条件,在非耦合边上布置五种类型的线性约束弹簧模拟边界条件。耦合板结构的弯曲振动位移函数和面内振动位移函数表示为标准的二维傅立叶余弦级数和辅助级数的线性组合,通过辅助级数的引入,解决了位移导数在边界不连续的问题。利用Hamilton原理建立求解方程,推导出中厚耦合板结构的振动控制方程的矩阵表达式,通过求解矩阵方程可以得到耦合板结构的固有频率和响应。通过数值仿真分析计算,并与有限元结果和实验进行比较,验证了该方法的准确性。     

不等间距分舱结构声辐射特性研究

研究舱段结构振动、声辐射特性随分舱形式改变的变化规律,对潜艇结构声学优化设计具有十分重要的意义。从结构声学设计的角度出发,在保持相邻两个舱段总长度不变的情况下,调整两个舱段的长度,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度和辐射效率作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究整个结构振动和声辐射特性。在流体部分的计算中,采用网格重叠算法,以提高计算效率。通过调整分舱形式,在一定频段,改变了整个舱段结构振动声学传递函数的谱峰频率,降低了谱峰幅值,因此,可以通过改变分舱形式以改变舱段结构声学特性,使设备激振力的谱峰频率与结构振动声学传递函数的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制。     

水下单层圆柱壳振动声辐射预报的测点布置改进方法

为解决水下单层圆柱壳结构振动声辐射预报中的测点布置问题,本文提出一种测点布置改进方法——均匀子集随机选取测点方法。该方法将所有待选测点分成相互独立的均匀子集,然后从各个子集中随机选取一个测点,再通过目标函数对每组测点进行评价,从而选择出好的测点组合。通过与均匀布置方法得到的振动声辐射预报结果对比表明,本文提出的均匀子集随机选取测点方法不仅保证较高的振动声辐射预报精度,且避免均匀布置方法中测点选择的主观性和盲目性,是一种优秀的测点布置方法。     

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.     

基于不同模型的正交加筋板低频振动和声辐射分析

正交加筋薄板在船舶结构中应用十分广泛。从简化加筋板模型的角度出发,基于李兹法能量泛函变分原理推导加筋板的能量求解;并针对双向加筋板基于正交异性板理论和相当板厚理论提出2种简化方法,对3种模型模拟的加筋板推导其固有频率的解析公式。计算表明：3种正交加筋板模型在求取低阶固有频率时均具有良好的精度。在此基础上研究了基于3种模型的加筋板在空气中和水中的声辐射特性,为加筋板组合结构的振动和低频声辐射问题提出了新的简化思路。     

螺旋桨激振力传递模式下的艇体振动和声辐射分析

潜艇的艇体结构是潜艇螺旋桨激振力向外辐射噪声的重要通道,而轴系是螺旋桨激振力传递到艇体的必经之路,因此有必要研究潜艇轴系向艇体传递的激振力对潜艇艇体振动和辐射声功率的影响。为此,分别针对螺旋桨轴向激振力、螺旋桨侧向激振力和螺旋桨垂向激振力工况,使用模式分析的方法,将轴系对艇体的作用力分解为互不相关的力传递模式的叠加。建立潜艇结构有限元模型,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,分析单阶力传递模式作用于艇体时艇体的振动和声辐射特性。所做的研究可为分析螺旋桨激振力作用下的艇体振动和声辐射提供一种新的方法。     

单/双层水下结构振动声辐射研究

为研究单壳体和双壳体两种典型潜艇结构的振动声辐射特性,本文建立单/双层桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分别计算螺旋桨激励、外部流体激励以及机械激励3种激励源下水下结构的辐射声功率声源级曲线。结果表明:螺旋桨激励下,单层水下结构声辐射略低于双层结构;外部流体和内部机械设备激励下,单层水下结构声辐射明显高于双层结构。