阻尼处理多向加筋板的振动响应及声辐射

针对三种加强筋且横向加强筋为大小两种不同结构的典型加筋船板,考虑船板的弯曲振动,并计及船板内侧敷设粘弹性阻尼材料的阻尼处理和船板外侧重流体作用力,借助无限大板理论和经典波动法,建立了解析数学模型,导出了加筋船板在宽频单位力作用下的振动响应和远场水声辐射计算方法.通过典型实例的数值计算,讨论了小筋、阻尼等主要设计参数对辐射效果的影响.本文的研究成果对水声学工程设计有一定的指导价值.     

基于空间谐波分析的典型加筋板结构声振特性

[目的]单向周期加筋板在船舶结构中应用广泛,开展其声振特性理论研究可为加筋板的声振特性分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑骨材对板的力和扭矩作用,以及流体声介质与板的耦合作用,分别建立无限大单、双周期加筋板的结构动力学模型;然后,通过傅里叶变换将空间域转换到波数域,应用构造函数、泊松公式及周期函数的性质推导加筋结构的振动方程,得到力激励和声波激励下加筋板振动位移的解析解,并利用稳相法给出加筋板的远场声压表达式;最后,通过具体算例讨论骨材扭矩、激励类型、激励位置、板厚、骨材参数等因素对周期加筋板结构声振特性的影响规律。[结果]骨材扭矩对加筋板声振特性的影响较小;对于周期加筋结构,可以利用骨材参数对声子晶体带隙的影响,衰减某些频率的振动;激励加载在强构件处可有效减弱振动;骨材的间距、尺寸等参数对声振特性的影响较为明显。[结论]对激励及骨材参数的合理设置,可以有效优化加筋板结构的水下声振特性。     

基于工程应用的加肋板结构的振动特性分析

采用谐波法和傅里叶变换相结合的方法分析了正交周期加肋板结构在谐振力激励下的振动响应特性。通过薄板与加强肋的边界连续条件,建立了水流体负载下的加肋板结构的振动位移方程。根据结构的周期特性、泊松公式及傅里叶变换等数学方法推导出频域内结构辐射声压及加强肋作用力关于周期加肋板结构振动位移的方程表达式,并将其位移表达为谐波量的迭加函数形式,最终通过数值截断方法求解振动位移的谐波分量值。本文分析了加强肋对结构振动响应的影响,并为加肋板结构的声振特性研究提供了一种半解析方法。     

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。     

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。     

基于数值方法求解的周期加筋板声振特性研究

为了研究周期加筋板的声振特性,在文献所建立的周期加筋板声振理论耦合方程解析表达式的基础上,先给出一种便于编程的数值求解方法,然后研究加强筋间距对周期加筋板声振特性的影响规律。数值结果表明:周期加筋板的横向位移谱中存在3个特征区域;随之加强筋间距增加,周期加筋板的声振特性将趋于平板特性,远场辐射声压(SPL)曲线会向低频段偏移。     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

一般边界条件下矩形薄板振动声辐射特性分析

基于改进傅立叶级数方法,将矩形板振型函数表示为包含正弦三角级数的改进傅立叶级数,从而有效地克服结构在边界处存在的不连续性,建立了一般边界条件下矩形薄板结构振动声辐射的分析方法,并对薄板结构的振动声辐射特性进行了研究。文中还建立了薄板结构的位移容许函数,然后基于最小势能原理求解了系统的Lagrange函数,最后利用Rayleigh-Ritz法对方程求解从而获得薄板自由振动的模态信息;在此基础上,基于Rayleigh积分公式推导出了薄板振动、辐射声压和声功率的表达式,研究了结构特性参数及边界条件对薄板振动声辐射的影响,通过有限元软件和参考文献的比对分析,验证了改进方法的正确性和有效性。     

加筋板整体屈曲临界应力计算与分析

利用解析法对加筋板稳定性进行了研究,忽略材料非线性的影响,利用理论方法求解四边简支加筋板的整体屈曲临界应力。对有一根加强筋的加筋板,定义板的挠曲函数,将其代入边界方程和协调方程,求解线性方程组的特征方程得到加筋板的临界应力。对有2根或多根加强筋的规则加筋板,利用能量法导出统一计算的公式得到临界应力。最后,利用有限元软件Abaqus和Nastran进行数值仿真,与理论解比较后得出本文计算方法是正确的,可以准确求解加筋板的稳定性问题。     

加筋板结构振动声强可视化研究

基于结构声强法研究了加筋板结构振动能量的传输、分布和耗散特性。首先介绍结构声强分量的计算和声强可视化的相关理论,以及系统功率输入和输出的计算公式。在数值算例中,利用有限元法对3种常见的加筋板模型进行了简谐集中力作用下的响应计算,然后通过编制Matlab程序计算结构声强分量,并进行结构噪声源的定位,实现能量传输和衰减的可视化。同时针对不同的加筋形式对能量传递路径的影响也进行了讨论。研究了不同加筋板阻尼器能量耗散特性。最后以舰船平台板架为例揭示了结构声强技术在舰船振动设计中的应用价值。     

环肋、舱壁和纵骨加强的无限长圆柱壳在水下的声辐射特性

本文建立了有环肋、舱壁和纵骨的无限长圆柱壳在水下声辐射的一般的计算模型,利用Fourier变换和模态展开法导出了圆柱壳振动响应和辐射声压在波数域的计算公式,并由稳相法得到了远场辐射声压的解析公式,分析了纵骨、舱壁和阻尼等因素对声辐射的影响,为准确计算双层圆柱壳在水下的振动和声辐射特性奠定了基础.     

Coarse mesh finite element model for cruise ship global and local vibration analysis

This paper presents a practical procedure for creating finite element (FE) model for vibration analysis of cruise ships. The most preferable FE modelling approaches are studied and discussed through case studies of common ship structures, which cover the range from low to high frequencies. The application of homogenized equivalent single layer (ESL) theory based equivalent element for stiffened panel is extended to local forced vibration analysis, where inertia induced interaction between plate and stiffener occurs. Modal method is used with an energy-based correction for accounting the plate-stiffener interaction into modal properties. Case study results reveal that mesh density of one 4-node element per web frame spacing is suitable for global FE-model when vibration analysis is limited to global hull girder modes. For such modes it is sufficient to only include the membrane stiffness of stiffened panels. For investigating the response at higher frequencies, bending properties of stiffened panel should be included and mesh density should be at least two elements per web frame spacing. Then forced vibration analysis can be performed with an excellent accuracy up to frequencies about one third of the local plate natural frequencies between the stiffeners. Beyond that, the influence of the local plate vibration becomes more significant in panel vibration, making the ESL-theory based element limited. With the applied correction method, the validity of the ESL-model can be extended to approximately two thirds of the local plate natural frequency.     

用粘弹性梁控制加筋板稳态简谐响应的研究

应用模态叠加法研究了以粘弹性梁为阻尼处理的加筋板的稳态简谐响应。在分析中，板和梁均采用每个结点三个自由度的有限元，考虑了梁的偏心作用。以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性梁阻尼处理对结构响应的控制作用，分析了阻尼材料杨氏模量实部、损耗因子和粘弹性梁剖面尺寸对结构响应的影响。结果表明，粘弹性材料能够有效地控制结构的共振响应。粘弹性梁阻尼处理仅对某些结点和模态起的作用较大，将其与其他阻尼敷设形式合理配置，相信会起到良好的减振效果。     

船舶板梁组合结构的振动分析

采用Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元和参考轴杆单元,建立了考虑板剪切变形、骨架剪切变形和骨架偏心影响的船舶板梁组合结构振动分析模型,并研究比较了不同船舶板梁组合结构振动分析有限元模型的计算精度。最后通过对某舱室甲板固有频率计算值和实测值的比较,讨论了船舶局部结构振动分析中边界条件处理问题。     

浸水矩形板的声辐射阻尼研究

对空气中简支边界矩形板在点简谐力激励下的振速响应公式从附加质量和声辐射阻尼的角度进行修正,得到了浸水矩形板的振速响应公式。从浸水矩形板振速公式出发,结合声辐射阻尼的定义,从能量的角度推导了矩形板声辐射阻尼的表达式,给出了其与模态辐射效率之间的关系,文中推论与已发表有关文献相比较一致性良好。研究表明：辐射阻尼随着波数比的变化而变化;在中高频段,单面临水矩形板的辐射阻尼远高于其在空气中时的辐射阻尼;板越厚,其声辐射阻尼越小。     

A numerical study of the effects of bottom and sidewall stiffeners on sloshing behavior considering roll resonant motion

In the present study, aiming to provide practical guidance for the structural design, the effects of the small bottom and sidewall stiffeners on sloshing loads in shallow and intermediate liquid conditions are investigated numerically. The interaction between the highly nonlinear free surface flow and a large number of small stiffeners is modeled based on the Moving Particle Semi-implicit method. 2D models of a rectangular clean tank and tanks with small sidewalls or bottom stiffeners are considered. For filling ratios ranging from 5% to 20%, harmonic angular motions with periods around the analytical sloshing resonant ones are applied. Simulation snapshots and computed pressure time series, pressure variation, wave run-up, maximum fluid velocity, and kinetic energy were provided to clarify the complex interaction between the small baffles and the shallow free surface flow. As a result, except for the tanks with bottom stiffeners in shallow liquid conditions, in which the response under actual resonant frequency should be considered, the response computed using the clean tank excited by its resonant period can be adopted as a conservative estimation for the sloshing loads of actual tanks with small stiffeners.     

耦合板结构振动波传递及能量分布可视化研究

利用振动声强及能量可视化技术研究板结构中振动波传递及分布特性。首先介绍了结构振动声强分量的计算和流线可视化的相关理论以及振动能量流的计算公式;基于MATLAB与APDL语言编写了集成可视化计算程序,并介绍了程序实现流程。在数值计算中,先验证了可视化程序的有效性;以L形耦合板为例,实现振动波能量传递和分布的可视化,证明了计算程序的实用性和创新性;同时初步讨论了不同激励频率对能量传递及分布的影响,得到了一些有益的结论。振动波传递和分布可视化技术为进行合理优化的振动噪声控制提供了科学的依据。     

含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究

本文通过对含厚度方向不同位置椭圆分层层合板结构动力分析,讨论平面声波激励对结构动力响应特性的影响,基于分层损伤结构变形特点,将含损伤层合板的基板和上下子板采用Mindlin板单元离散,而分层损伤区以虚拟连接单元模拟,根据耗散能的计算确定结构的模态阻尼特征,建立含损伤层合板的振动响应函数的有限元分析方法,用算例验证模型的可信性,在0-1000Hz范围内,计算了含厚度方向不同位置椭圆分层损伤层合板结构的固有频率、模态阻尼和幅频响应与相频响应,依据计算结果分析了分层损伤对动力特性的影响,有益于进一步对分层损伤建立识别模式.