随机力作用下的水下结构物声辐射分析

基于混合有限元法，边界元法，对水下结构物在随机作用力下的声辐射问题进行随机分析，并开发了相应的结构．声辐射系统响应的计算程序。分析表明，辐射噪声的响应谱密度不仅与各激振力的功率谱密度有关，而且与它们的互谱密度相关。对环肋双层柱形结构的计算表明了该方法的可行性。     

水下方盒结构振动与声辐射相关性研究

针对水下结构振动与声辐射的耦合问题,重点研究了水下方盒结构在简谐激励作用下结构振动和声辐射间的相关性.在计算结构声振响应时,采用有限元结合边界元的算法,即在考虑流固耦合影响下采用有限元法计算结构的振动响应,在此基础上采用边界元法求解无限介质中的Helmhohz方程,从而求得结构的辐射声场.在结构振动和声辐射响应的基础上,计算了几个典型位置声辐射与激励点振动间的关联系数,讨论了它们的关联性.最后得出结论:除了激励源附近位置外,声辐射与结构振动间的关联性是很强的.     

推进结构形式对艇体结构声学特性的影响

本文按艇体耐压壳在周向受到作用力的分布形式,将推力轴承与壳体间连接结构分为三类:基座式、支柱式和多分支式结构。采用结构有限元耦合流体边界元方法对具有上述不同推进结构形式的圆柱壳进行流固耦合计算,以壳体湿表面振动响应与压力分布为输入,计算获得壳体的法向速度振动功率与声辐射功率,并通过波数谱方法量化壳体各波数成分的结构波对壳体振动与声辐射的贡献,揭示了不同推进结构形式对艇体结构声学特性产生影响的机理。根据单自由度隔振理论,提出了改进支柱结构形式的措施。研究发现,支柱与多分支式推进圆柱壳的水下振动特性优于基座式推进圆柱壳,改进后的支柱式推进圆柱壳的水下振动与声辐射特性均优于基座式推进圆柱壳。     

多源激励水下复杂壳体结构振动与辐射声场试验研究

设计了一个接近实际情况的多舱段复杂壳体模型,安装小型机械设备,分别进行了单台设备激励与多台设备同时激励的水下复杂壳体振动与声辐射试验;试验结果表明,多源激励下水中复杂壳体的结构响应、辐射声场近似为单源激励下结构响应、辐射声场的非相干叠加.然后从结构声辐射理论上推导了激励源与结构响应、辐射声场之间的传递关系,并以两个源激励为例分析了非相干叠加引起的误差,从而解释了多源激励下结构响应、辐射声场近似为单源激励下结构响应、辐射声场非相干叠加的合理性.这些研究表明,非相干叠加方法可推广应用于水下复杂壳体在多源激励情况下的振动与声场计算,对指导工程设计具有重要价值.     

半潜式平台关键点的疲劳可靠性分析

依据惯性矩相当和重量相同的原则,建立半潜式钻井平台谱分析计算简化模型;利用ANSYS软件对简化计算模型进行随机响应谱分析,分别计算受到Morison波浪力谱时和受到大构件直立圆柱波浪力谱时的平台结构关键部位关键节点的等效应力随机响应功率谱密度;基于Miner线性损伤累积理论和随机响应首次超越破坏原则的概率分析,分别讨论了Rayleigh和weilbull两种不同应力统计分布下的平台结构关键部位关键节点疲劳可靠性指标的特征。     

含损伤加筋板结构声辐射阻尼变异研究

从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念,考虑到辐射阻尼的特性,文章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,并用数值计算的方法研究简支板结构的声辐射阻尼特性.在研究结构损伤对声辐射阻尼影响的时候,以加筋板结构为例,计算结构不同损伤情况下的声辐射阻尼.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对声辐射阻尼的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

作用在二维浮体结构上的风荷载研究

针对风对结构物的作用问题,现行规范与计算方法虽能较准确估算风的直接作用力,但可能忽视间接作用力而使估算不足。以二维典型浮体结构为研究对象,采用物理模型试验方法,分析静水条件恒定风和2种不同类型谱的随机风作用下的风荷载。结果表明,API谱随机风所产生的作用力大于Davenport谱随机风的作用力;不同时距的平均风速对浮体结构的荷载影响试验结果差异较大,应引起工程设计人员的充分注意。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

含损伤加筋板结构辐射声功率及指向性变异研究

本文采用结构声振特性中常用参数辐射声功率和辐射指向性来研究含损伤加筋结构的声辐射特性,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的辐射声功率和远场指向性.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.针对各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压,进而可以得到辐射声功率和辐射指向性.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及辐射声功率和指向性的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

考虑航速及自由液面影响的声介质中三维结构水弹性力学研究

基于Wu建立的带航速三维水弹性理论,采用考虑自由液面效应的理想可压流体Green函数,提出了带航速和考虑自由液面的声介质中三维水弹性结构声辐射计算方法.对THAFTS三维水弹性计算程序进行修改,得到声介质中三维水弹性计算程序.针对无限大流体中的静态弹性球壳结构声辐射模型进行一系列数值计算,通过与解析结果的比较,验证了该计算方法和计算程序的正确性.进一步计算不同潜深、不同航速下弹性球壳的结构声辐射,以此为基础对该计算方法和计算程序进行进一步考核,同时分析了航速和自由液面对水下结构声辐射的影响.     

功率流有限元法结果分析辐射噪声

使用"功率流有限元法"(PFFEM)分析结果发展声辐射预测程序."功率流有限元法"是一种预测任意形状结构中高频振动能量密度和强度的新方法,而边界元法可用于声辐射预测.两者结合可以进一步计算远场辐射声压.用此程序,对水下复杂结构-点力激励下潜艇的振动和声辐射特性进行了预测,获得了良好效果.     

集装箱船整船有限元结构分析

文章以一艘１７００箱集装箱船为例,阐述了整船有限元结构分析方法。先建立全船有限元模型和质量模型,再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报,并在此基础上导出设计波参数组,最后,在全船有限元模型上 计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果,所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析有一定的参考价值,对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义。     

船舶水下辐射噪声计算评估方法及应用

本文采用有限元(FEM)和边界元(BEM)相结合的方法对船舶水下辐射噪声进行研究。首先根据船舶的实际情况建立三维结构有限元模型,包括船体结构、压载、主要动力设备及其隔振方式等,然后结合实船测试的柴油发电机组、推进电机机脚振动和轴系中间支撑基座振动数值,及船模试验得到的螺旋桨脉动压力,计算获得流固耦合下结构的响应,最后将船体外壳水线以下结构响应作为约束条件,通过边界元的方法对水下辐射噪声进行计算和分析。从而对船舶设计阶段水下辐射噪声初步评估方法进行修正,同时对比水下辐射噪声实船测试结果,计算准确性较高,修正后的计算评估方法能进一步提高了设计阶段水下噪声的评估精度,为船舶水下辐射噪声控制提供了依据和参考。     

基于响应面函数的摄动随机有限元方法研究

针对随机结构问题,根据现有方法的优缺点,将响应面法和摄动随机有限元相结合。考虑结构载荷参数、材料参数和几何参数,结构的响应面近似函数采用步进回归分析技术被确定了,其中抽样方法为中心指数法,并利用摄动法推导出结构随机响应的中心矩表达式。以燃气涡轮叶片为例,计算出叶片的随机响应变量中心矩,及响应变量相对于输入变量的灵敏度,并分别与直接响应面法、直接 Monte-Carlo 模拟方法的计算结果对比。结果表明,该方法适用于结构相对复杂的模型,计算结果精度较高,计算速度较快。     

基于FEM/BEM法的内部声激励水下圆柱壳声辐射计算

联合有限元法和边界元法对流场中的圆柱壳点声源激励下的声辐射作了数值计算。利用有限元软件ANSYS分析了加筋圆柱壳的模态，然后将模态导入采用边界元软件SYSNOISE，计算了加筋圆柱壳结构在点源激励下的声辐射，预报了圆柱壳的内外场声压，得到了圆柱壳的声辐射功率曲线。     

某型舰船危险部位结构可靠性分析

在响应面随机有限元法和结构可靠性理论的基础上,利用有限元软件 Ansys建立某型舰船开口结构的梁板模型,采用改进的一次二阶矩法与分枝限界法、概率网络评估技术分析了开口结构在组合载荷作用下的可靠性。以结构的最危险点应力为输出变量,通过敏度分析忽略最大应力不敏感的变量拟和响应面方程。利用随机有限元和 CAE软件结合开展结构系统的可靠性研究,避免了大型结构寻找失效模式的困难,使可靠性分析的效率得到极大提高。     

考虑随机材料、尺寸及初始缺陷的加筋板结构极限强度研究

为获得加筋板结构极限强度的统计规律,考虑结构材料、尺寸及初始缺陷的随机性（其数值可以认为是满足某种分布规律的随机量）,采用Monte Carlo结合非线性有限元进行强度的研究。在验证非线性有限元准确性的基础上,取结构尺寸、初始缺陷幅值、材料参数为随机变量,采用数值实验、最大熵法及K-S检验拟合获得极限强度的概率密度函数。结果表明,在较少样本时最大熵法可准确获得统计规律,为结构可靠性分析中复杂结构抗力模型的研究提供参考。     

Stochastic averaging for estimating a ship roll in random longitudinal or oblique waves

In this work, the C11 container ship is taken as an example to analyze its rolling performances in random longitudinal or oblique waves. Firstly, a dynamic model of C11 roll in random waves is improved, and it is verified by the model test and numerical simulation. Mathematically, this dynamic model is a one-dimensional stochastic differential equation with random parametric (and external) excitation. Secondly, an enhanced stochastic averaging method is proposed to solve this stochastic differential equation. The validity of the solutions was verified by Monte Carlo simulation. At last, the probabilistic characteristics of the extreme rolling response were investigated based on the calculated results using enhanced stochastic averaging method. According to the analysis, some advices for ship's manoeuvring can be put forward when ships are navigating in random waves.     

随机质点瞬时流谱圆频率及初相位角分布规律

通过对实时量测的173组、154 271个瞬时流速信号进行分析,以随机理论分析为基础,运用运动流体力学、随机信号分析理论等来研究随机质点瞬时流谱的概率模型,对流体质点瞬时流谱中两个关键因素圆频率及初相位角的概率分布规律进行深入研究和探讨,证明了圆频率服从均匀分布,初相位角服从(0,2π)的均匀分布。此研究对后续随机质点概率模型的重构及随机加速度谱及脉动压力谱的推导打下坚实的理论基础。     

静水压力作用的水下结构振动及声辐射

采用有限元／边界元方法开发了静水压力作用的水下结构振动与声辐射的计算程序。依据不同分析域的特点，对结构域和流体内域采用有限元方法，对流体外域采用边界元方法。分析了流体一结构相似特性，使通过对常规结构有限元分析程序中的参数作合理设置，使之能直接用于内域流体声学有限元分析。流体外域采用边界元方法，选取合适的格林函数，能够考虑无穷远和自由液面边界条件。流体对结构的作用表现附加质量和附加阻尼。采用FORTRAN代码计算外域流体附加质量和附加阻尼矩阵，采用结构有限元分析程序对结构和内域流体作有限元分析，采用DMAP代码将附加质量和附加阻尼同结构质量矩阵和阻尼矩阵相叠加，实现了流固耦合计算。通过几何刚度矩阵对结构刚度矩阵修正来考虑静水压力对结构声辐射的影响。