水下结构声固耦合振动的特征值计算

针对水下结构声固耦合振动计算中出现的非对称矩阵(与频率相关)的特征值问题,本文基于共轭子空间迭代法,提出了计算水下结构振动固有频率和振型的双重迭代算法.数值算例表明:该算法收敛性好,用于水下结构声固耦合振动的特征值计算是有效的.文中分别将流体视为不可压缩和可压缩两种情况建立了流固耦合方程,计算了板、加筋板和方箱振动的固有频率和振型,将干模态和湿模态、不可压缩流体和可压缩流体的计算结果进行了比较,并分析了结构刚度和流体边界条件对附加水质量影响系数的影响.     

一维弹性结构在理想流体中的模态特性研究

为研究一维弹性结构在理想流体中的模态特性,建立了流固耦合振动模型。基于流体无旋、无粘不可压缩的假设,求解流体域内的速度势,根据流场分析得到水压力,将脉动水压力加载在结构表面,得到结构在水中的振动方程,并利用瑞利-利兹法求解得到圆柱梁在水中振动的固有频率和振型。在此基础上,基于应变测试对水池中的悬臂梁结构进行了模态识别,实验结果与计算结果相当吻合。研究发现,由于附连水质量的影响,弹性结构在水中的固有频率低于其在空气中的,其振型与空气中的形状基本一致,但其节点会向自由端偏移。     

基于流固耦合的U型管流致振动数值分析

利用ANSYS＋CFX双向耦合的方法对换热器U型管的流致振动问题进行仿真分析。分别建立大涡模拟的流体控制方程和结构振动的控制方程,得到掠过U型管流体的升力系数、阻力系数曲线以及U型管振动加速度级谱线。分析表明,结构振动的主要频率成分在流体升力和阻力变化频率和结构本身的固有频率附近,可为工程实践提供参考,具有理论和实践价值。     

浸水板式结构的动力特性与声辐射特性数值分析

以镶嵌在无限大刚性障板上的板和板加筋结构为研究对象,应用Rayleigh积分计算得到流体对结构的加载效应以附加质量的形式,叠加到有限元离散的结构动力方程中进行耦合.针对附加质量矩阵不对称的特点应用Lanczos-QR算法求取非对称阵的广义特征值和特征向量问题,基于结构表面振速计算声功率,并基于能量的概念计算声辐射阻尼.研究分析了流体可压缩性、附加质量计算频率、板厚以及加筋方式对板式结构的振动特性影响,和流体特性、激励位置、板厚、加筋方式、边界条件对板式结构的声辐射特性影响,为板和板加筋结构振动噪声预报提供了一定依据.     

水下结构动力装置的振动计算与响应分析

推导了求解水下结构动力装置振动的有限元分析方法,在求得固有频率和主振型的基础上,根据主机的激励特性进一步求得动力装置的振动响应,研究了支承刚度对横振频率、振型以及振动响应的影响规律,结果表明上述方法对水下结构动力装置的动态特性计算是一种实用的方法     

不同充液高度下液箱的模态分析及实验研究

为研究船舶液舱充液后的振动特性,采用有限元分析法对钢质充液箱不同充液高度条件下的流体与结构耦合振动的问题进行了仿真方面的计算。在ADINA软件中完成了有限元建模及模态分析,分析其振动特性,得出其固有频率和振型。通过LMS振动测试系统对其进行了实验研究,将模态实验值与振型同结构有限元仿真结果进行了分析比较,得出了液面的升高会导致结构频率下降的总体规律,可为LNG型的船舶的减振降噪设计提供参考。     

水下结构动力装置的振动计算与响应分析

推导了求解水下结构动力装置振动的有限元分析方法，在求得固有频率和主振型的基础上根据主机的激励特性进行进一步求得动力装置的振动响应，研究了支承刚度对横振频率、振型以及振动响应的影响规律，结果表明上述方法对水下结构动力装置的动态特性计算是一种实用的卞     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面.为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态.计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著.因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响.     

改装船舶总振动分析计算

以某船舶改装项目为例,采用迁移矩阵法对船舶在满载和空载状态下的总振动固有频率和振型进行计算分析.对改装后的船体总振动固有频率进行预报,为船舶改装结构设计和设备避振提供工程指导.采用的计算方法可为船舶总振动固有频率和振型的预报分析提供借鉴.     

流体可压缩性对船体垂向振动的影响

阐述振动船体周围流体的可压缩性对由流体结构相互作用而引起的惯性力与阻尼力的影响。在船体振动的常规分析中，假定流体是不可压缩的，完全不考虑可压缩性的影响。可压缩性在水下爆炸的区域、海啸响应和在水中的声传播中是极其重要的因素。在本研究中，三维有限元分析可以用来计算以正弦波固有模态垂向振动的均匀梁周围的压力场。附连水质量和阻尼系数可以表示为频率和节点距离的函数。如果研究可压缩性的情况，可以发现典型的巨型油船和散装货船的主船体桁振动中，附连水质量系数增加达5％。这也说明，当频带处于关注的船体桁的低阶范围内时，出现声波辐射是不可能的。     

Free transverse vibration analysis of an underwater launcher based on fluid-structure interaction

A pneumatic launcher is theoretically investigated to study its natural transverse vibration in water. Considering the mass effect of the sealing cover, the launcher is simplified as a uniform cantilever beam with a top point mass. By introducing the boundary and continuity conditions into the motion equation, the natural frequency equation and the mode shape function are derived. An iterative calculation method for added mass is also presented using the velocity potential function to account for the mass effect of the fluid on the launcher. The first 2 order natural frequencies and mode shapes are discussed in external flow fields and both external and internal flow fields. The results show good agreement with both natural frequencies and mode shapes between the theoretical analysis and the FEM studies. Also, the added mass is found to decrease with the increase of the mode shape orders of the launcher. And because of the larger added mass in both the external and internal flow fields than that in only the external flow field, the corresponding natural frequencies of the former are relatively smaller.     

某水下发射装置自由弯曲振动的流固耦合分析(英文)

A pneumatic launcher is theoretically investigated to study its natural transverse vibration in water. Considering the mass effect of the sealing cover, the launcher is simplified as a uniform cantilever beam with a top point mass. By introducing the boundary and continuity conditions into the motion equation, the natural frequency equation and the mode shape function are derived. An iterative calculation method for added mass is also presented using the velocity potential function to account for the mass effect of the fluid on the launcher. The first 2 order natural frequencies and mode shapes are discussed in external flow fields and both external and internal flow fields. The results show good agreement with both natural frequencies and mode shapes between the theoretical analysis and the FEM studies. Also, the added mass is found to decrease with the increase of the mode shape orders of the launcher.And because of the larger added mass in both the external and internal flow fields than that in only the external flow field, the corresponding natural frequencies of the former are relatively smaller.     

Study on sloshing in cargo tanks including hydroelastic effects

The sloshing problem in cargo tanks is studied through experiments and numerical analysis. The fluid motion is described using a higher-order boundary element method and the structural response by a thin plate theory. It was found that hydraulic jumps are formed when the excitation frequency is close to the resonance frequency in the case of low filling depth. In the case of high filling depth, the flow resonates and hits the top of the tank, thus inducing a large impact pressure. The pressure on the flexible plate shows amplified initial peaks followed by oscillatory components, the frequency of which coincides with the natural frequencies of the plate in water as a result of hydroelastic effects. Received for publication on Nov. 18, 1998; accepted on May 14, 1999     

基于施工造价分析的防波堤结构方案比选

斜坡堤和直立堤作为常见的防波堤结构形式,当两者用于设计方案比选时,工程造价是结构选型须考虑的重要因素。通过结合实际工程案例,分析自然条件、主材供应、施工难易、工期要求等方面对工程造价的影响。结果表明,当水深较浅、石料来源丰富的情况下,斜坡堤具有造价较低的优势;对于水深较大、有特殊景观使用要求的情况下,可考虑选用直立堤。     

水下航行体舱段结构声学设计模型分析

采用基于模态坐标的有限元/边界元方法,建立水下航行体封闭舱段声学设计模型,利用该耦合分析模型对两端采用刚性圆板封闭的简支舱段结构的振声性能进行分析,并与采用半无限长圆柱形刚性障板代替两端的刚性圆板时的舱段模型计算结果作比较,指出除了少数耦合模态的固有频率附近,当外层圆柱壳周长相对流体中声波波长较小时,采用刚性圆板封闭的两端简支双层加筋圆柱壳与两端采用半无限长圆柱形刚性障板代替刚性圆板时的声辐射规律十分相近。     

采用Green-Naghdi方程和有限元法计算浅水船波

采用波动方程／有限元法求解Green-Naghdi(G-N)方程计算船舶在有限水深区域的兴波和波浪阻力。把行驶船舶对水面的扰动作为移动压力直接加在Green-Naghdi方程里，以描述运动船体和水面的相互作用，并经此来计算不面波动、船底水动压力和波浪阻力。G－N方程比浅水方程增加一个非线性的频散项，以补充有限水深对浅水船波的影响。采用随船运动网格的有限方法，以Series 60 CB=0.6船作为算例给出浅水船波的计算结果，并与浅水方程的结果进行了比较。计算结果表明，当船速小于临界速度时，由于频散的影响，G－N方程级出的船后尾波波高比浅水方程的结果大，同时波浪阻力也比浅水方程的结果有所提高。当船速大于临界速度时，G－N方程的计算结果与浅水方程基本相同，频率散射无明显影响。     

Seismic response of liquid-filled tank with baffles

In thispaper, the effects of a rigid baffle on the seismic response of liquid in a rigid cylindrical tank are evaluated. A baffle is an annular plate which supplies a kind of passive control on the effects of ground excitation. The contained liquid is assumed incompressible, inviscid and has irrotational motion. To estimate the seismic response, the method of superposition of modes has been applied. To analyze the rigid tank response, Laplace＆#39;s equation is considered as the governing equation of the fluid domain, in both time and frequency domains. The boundary element method （BEM） is employed to evaluate the natural modes of liquid in a cylindrical tank. To gain this goal, the fluid domain is divided into two upper and lower parts partitioned by the baffle. Linearized kinematic and dynamic boundary conditions of the free surface of the contained liquid have been considered.     

环境激励下自升式海洋平台损伤诊断

为探究适用于海洋平台结构的有效损伤诊断方法,针对某自升式平台的比例模型开展环境激励下损伤诊断试验研究。分别采用频域法中的增强频域分解法和时域法中的随机子空间法处理测试数据,提取前三阶的固有频率、振型和阻尼比等模态参数,并结合频率和振型识别结果计算节点柔度矩阵。通过分析平台模型模态参数和节点柔度矩阵的变化率,识别预先设置的结构损伤。试验结果表明,两种模态识别方法均能有效识别环境激励下的平台模型模态参数,其中利用固有频率变化率能够有效判断结构是否产生损伤,利用振型和柔度矩阵的变化率能够实现损伤的准确定位。