流激开孔和空腔结构耦合振动噪声试验研究

[目的]为了研究流激开孔和空腔结构耦合振动噪声,[方法]采用模型试验方法,通过改变孔腔开口大小、来流速度和腔体厚度等,分析其对剪切振荡噪声、腔体自噪声和辐射噪声的影响。[结果]研究表明:空气中的开孔剪切振荡经验公式同样适用于水中情况,剪切振荡频率和剪切振荡量级均与来流速度呈正比;未发生开孔和空腔耦合共振时,腔体壁面刚度仅略微影响剪切振荡量级,而不影响剪切振荡模态频率;在特定的开口和流速下,剪切振荡模态与弹性腔壁模态耦合,产生剧烈的谐频共振以及极大的自噪声与辐射噪声。[结论]研究结果可为潜艇舷外开孔和附近结构设计,以及孔腔结构噪声控制提供有益的探索和技术支撑。     

EMP激励下带孔缝金属机箱的屏蔽效能研究

研究理想带孔缝金属机箱在电磁脉冲(EMP)激励下的电场屏蔽效能(SE),对不同结构和不同数量孔缝的耦合结果进行了讨论.耦合电场的分布呈现明显的谐振现象,谐振峰值位于机箱中心区域.对于面积相同的单孔缝,当入射波极化方向与矩形缝短边平行时,矩形缝机箱的屏蔽效能最小,圆孔机箱的屏蔽效能最大.在保持总开孔面积不变的情况下,将较大的单孔缝分解成多个较小的孔缝,可有效增大机箱的屏蔽效能.另外,采用双层屏蔽也可显著提高机箱的屏蔽效能.     

开孔率对开孔板消浪效果影响的数值模拟研究

采用VOF方法,结合k-ε紊流模型建立数值波浪水槽。造波边界采用内源造波法,造波边界后方和波浪水槽出口边界均采用海绵层消波,自由面采用F函数追踪,从而数值模拟了波浪对开孔板的作用。将开孔板前波浪反射系数的数值计算结果与文献[14]的物理模型实验结果进行比较,验证所建立的数值模型及计算方法的正确性。通过改变开孔率,模拟波浪与开孔板作用的开孔板前波浪的反射系数,进而分析了开孔率与波浪反射率的关系。同时,分析了波浪作用下开孔板的迎浪面与背浪面的点压力差变化,并主要探讨开孔率与点压力差的相互影响关系。分析结果表明:随着开孔率α的增大,反射率减小,透射率增大,点压差呈非线性变化。     

局部开孔深腔流噪声发声机理研究

针对目前水动力声学领域的孔腔流噪声研究大都基于单孔全开口模型的局限性,本文基于大涡模拟-声类比混合方法对局部开孔深腔体模型的孔腔流噪声发声机理进行研究。首先,对流场涡量、压强变化进行分析,得到涡结构的不断运动迁移和腔体孔壁后缘的碰撞发声构成的涡-声反馈是不同测点之间所测压强周期一致、相位不同的原因;其次,对不同测点的压强功率谱、空腔内声学模态频率进行分析,得到孔后壁上缘区域的压力脉动是局部开孔深腔体自持振荡发声的主要声源;最后,将所测声场特征线谱频率与经验公式的预测结果进行对比,验证了仿真结果的准确性。     

准椭圆沉箱开孔结构与波浪作用相互影响的数值研究

为探索规则波作用下开孔结构对准椭圆沉箱与波浪相互作用的影响,基于有限差分方法并结合VOF方法与部分单元体方法建立三维时域数值计算模型,对数值模型进行验证并应用于研究波浪与沉箱结构之间的相互作用,分析开孔结构对水平波浪力以及群墩效应系数的影响.研究结果表明,与不开孔沉箱结构相比,开孔准椭圆沉箱的水平波浪力与群墩效应系数均...     

Time-domain shielding effectiveness analysis based on DGTD method北大核心CSCD

[目的]为精确分析金属屏蔽腔的时域屏蔽效能,提出一种基于局部时间步进技术和并行技术的时域不连续伽辽金(DGTD)算法。[方法]利用DGTD算法,对金属屏蔽腔进行全波电磁仿真,进而计算时域屏蔽效能(TDSE);利用局部时间步进(LTS)技术增大时间步长,然后结合并行技术显著缩短计算时间;分析金属屏蔽腔的孔径尺寸、腔体厚度、阵列孔间距等设计参数对时域屏蔽效能的影响。[结果]数值算例结果显示,所提方法正确、有效。[结论]所提方法为电磁屏蔽问题的仿真提供了一种有效的工具,对金属屏蔽腔的设计具有一定的指导意义。     

板式开孔防波堤水动力特性及受力研究综述

对板组合式波堤水动力特性及受力研究进行了归纳、总结和评述,包括板式防波堤形式的改变、板式防波堤消能影响因素的研究,以及从物理试验简单的现象分析转变为开孔式防波堤水动力特性和开孔式防波堤受力的分析。当前通过数值仿真技术对开孔式防波堤进行研究不断进步,用数值仿真技术分析开孔式防波堤的消波机理及受力具有重要价值。     

强电磁脉冲对舰艇舱体的耦合防护研究

强电磁脉冲能够在孔缝等处通过耦合进入舱体内部,破坏舰艇内部的电子设备.为保护舰艇内部的电子设备,提出了在舱体通风孔处安装交错排列的多层截止波导式通风窗,来逐渐减弱强电磁脉冲进入舱体的耦合场强.通过应用FDTD法对该防护方案的计算机仿真与分析,表明该方案不仅具有良好的防护效果,并且实用可行.     

基于SPH方法的明基床开孔沉箱数值模拟研究

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,结合域着色(CDP)技术,建立了二维数值水槽。利用数值水槽对典型工况下规则波与明基床上开孔沉箱的相互作用进行数值模拟。对比分析文章CDP-SPH方法与VOF方法计算结果以及实验数据,结果显示文章模型与实验值更加吻合,表明SPH方法在解决大变形自由面问题上具有一定优势。随后,将数值水槽用于模拟多种工况下波浪与明基床开孔沉箱的相互作用,分析了相对基床高度和相对消浪室宽度对明基床上开孔沉箱反射系数的影响。最后,将计算得到的反射系数与实验所得经验公式进行比较,数值模拟结果与实验结果吻合良好。文章采用改进的CDP-SPH方法,大大降低了SPH方法用于计算开孔沉箱的计算量,为开孔沉箱的数值模拟提供了新的手段。     

强夯加固饱和软土地基的数值模拟方法及算例

本文通过理论分析、数值模型、与工程实例计算相结合的方法,对天津地区强夯加固饱和软土地基进行了动力耦合数值模拟分析。研究主要考虑地基土体在强夯条件下孔压的分布范围及孔压消散曲线。本文通过数值模拟,研究了不同夯锤落距、土体渗透性及土体弹性模量条件下,受强夯影响范围内土体(沿横向、纵向)最大正孔压和最大负孔压的分布规律及消散机理。并结合天津港工程实例,分析了强夯实施过程中,分层土体对正、负孔压的产生及消散规律的影响。     

船用开孔舵水动力性能研究

本文给出一组开孔率为0～30.19％的船用平板舵的水动力性能试验曲线,分析了开孔舵的原理,并对开孔翼绕流理论计算中的透气系数(Porosity Co-efficient)进行了分析,得到了开孔平板的透气系数的具体数值,使开孔舵的升力特性的理论估算有了可能。     

基于高速摄影观测的预裂爆破裂纹扩展规律研究

为探究预裂爆破裂纹产生的机理及过程,深入研究其扩展规律,通过制备的素混凝土模型进行数孔一响预裂爆破模型试验,利用高速摄影仪对爆破过程中模型上表面进行观测,分析比较了逐孔起爆、两孔一响及齐发三种起爆方式下模型爆破预裂缝的成缝机理。结果表明:在相同条件下齐发时成缝时间最短(0.9ms),其次为两孔一响,逐孔起爆的成缝时间最长;裂纹扩展的起始速度齐发式起爆(632.58mm/ms)两孔一响(427.71mm/ms)逐孔起爆(284.38mm/ms)。逐孔起爆时的应力叠加作用最小,导致爆破所成预裂缝相比于齐发更为不规则,更容易出现分支裂纹。但其成缝速度稳定,能量的利用率最高,且由于没有了齐发时的应力叠加效应,对周边岩体损伤最小。     

基于声辐射特性分析的舱壁边缘开孔参数优化设计研究

为满足潜艇设计整体性、实用性和技术性要求,结构组、管路组及机电组等需对特殊舱壁边缘进行开孔处理。为研究舱壁边缘开孔对潜艇水下振动和声辐射特性的影响,以两舱段环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DAMP混合编程,计算了在不考虑开孔加强结构条件下不同开孔位置、开孔数目及开孔大小的圆柱壳水下辐射声功率曲线,得到基于声辐射特性的开孔参数优化方案,为潜艇舱壁结构设计提供合理依据。     

弹性腔流激耦合共振及声辐射机理研究

利用Elder空腔声学模型,分析了典型空腔腔口剪切振荡和刚性壁腔体声模态的频率特征。采用模态法建立了弹性壁腔体模态声阻抗计算模型,并计算分析了腔口剪切振荡与弹性腔体耦合的归一化声辐射函数。研究表明弹性壁提供的附加压缩性,降低了空腔模态频率,增大了腔口剪切振荡与空腔模态耦合共振及强声辐射的可能性,并由试验验证了计算结果。     

基于LES与Powell涡声理论的孔腔流激噪声数值模拟研究

孔腔流动中含有复杂的流体振荡,不但能够引起明显的噪声,而且会造成物体脉动压力和阻力的急剧增加,因而孔腔流动与流激噪声已经成为流声耦合研究领域的重要内容。文章首先对于Powell涡声理论进行了介绍,给出了涡声方程及其求解的详细推导过程,随后利用圆柱/机翼组合体与方腔流激噪声测试结果验证了计算方法的可靠性,最后采用大涡模拟方法结合Powell涡声方程数值计算了两型孔腔在不同水速下的流激噪声,并与中国船舶科学研究中心循环水槽试验结果进行了对比分析,结果表明数值计算方法能够较准确地预报孔腔流激噪声,并能展示孔腔内外涡旋结构。计算结果表明:在500 Hz以下的低频段,格栅1型孔腔的流激噪声显著高于格栅2型孔腔;在500 Hz-10 k Hz高频段,格栅2型孔腔流激噪声比格栅1型孔腔高,但随着流速的增高,两种孔腔流激噪声在高频段的幅值基本一致。这些现象与孔腔内的涡旋结构密切相关。文中对孔腔流激噪声的数值预报方法进行了验证,有益于理解孔腔非定常流动的物理机理,且为抑制孔腔流激噪声奠定了基础。     

基于声辐射特性分析的舱壁边缘开孔参数优化设计研究

为满足潜艇设计整体性、实用性和技术性要求,结构组、管路组及机电组等需对特殊舱壁边缘进行开孔处理.为研究舱壁边缘开孔对潜艇水下振动和声辐射特性的影响,以两舱段环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DAMP混合编程,计算了在不考虑开孔加强结构条件下不同开孔位置、开孔数目及开孔大小的圆柱壳水下辐射声功率曲线,得到基于声辐射特性的开孔参数优化方案,为潜艇舱壁结构设计提供合理依据.     

基于CST的金属腔体电磁环境仿真分析

本文将CST电磁仿真软件应用于金属腔体电磁兼容问题的研究中,利用该软件构建物理模型,并对金属腔体内的电磁环境进行仿真计算。仿真结果与理论计算、实测数据吻合较好,为金属腔体电磁环境的预测和评估提供了有效的依据,可以作为相关工程应用参考。     

舰船平台腔体电磁效应的控制方法

腔体电磁效应是多个散射体发生相互作用的结果,它使得周围区域的电场强度在某些频点突然增大.对于舰船平台上的武器装备,腔体电磁效应的出现将会导致一系列的电磁安全性问题.本文对腔体电磁效应进行了分析,获取了腔体电磁效应与腔体结构的几何尺寸、天线发射功率之间的相关性,提出了相应的控制方法.同时,采用数值仿真分析方法,对本文提出的腔体电磁效应控制方法的有效性进行了验证.仿真结果表明,本文提出的方法可以有效地减小或消除腔体电磁效应.     

基于空腹桁架理论的船体结构腹板开孔强度简化分析方法

大型船舶结构的设计和建造过程中考虑到电缆管路布置及结构轻量化需求,常在主要构件高腹板上开设许多开孔。为快速有效评估高腹板开孔结构的强度特性,本文利用费氏空腹桁架理论和有限元数值方法,分析腰圆形开孔的纵向位置、开孔宽度和长度对开孔周边强度的影响,并对费氏空腹桁架理论作适当修正。结果表明,本文提出的修正公式能够适用于不同尺寸结构,并有效提高理论计算精度。     

开孔围壳流激振动特性的试验与数值计算研究

对围壳模型进行试验与数值模拟,分析开孔对围壳流激振动特性的影响。首先进行无动力自由上浮试验,在试验中测得了一系列的振动加速度线谱,然后建立与试验相同的数值计算模型,采用大涡模拟法对围壳附近的流场进行了精细的模拟,并将流场的压力作为载荷,运用FEM/BEM结合的方法计算了围壳的流激振动。仿真结果表明,该方法可以清晰的模拟流激围壳振动现象,围壳开孔后会引起流场周期性振荡,从而激励结构振动,产生振动加速度线谱,数值方法计算的振动线谱频率和试验结果接近,平均误差为1.41%。流激开孔围壳振动集中在开孔的导边与随边,尤其是孔腔随边,对这些区域采取控制措施是下一步研究目标。