多不连通流域耦合的声介质中三维结构水弹性力学研究

在外流场与结构耦合的声介质中三维结构水弹性力学的基础上,提出多不连通流域耦合的声介质中三维结构水弹性力学计算方法。在计算中增加虚拟阻抗封闭曲面,用来消除不规则频率。在用于处理声弹耦合问题的大型三维水弹性计算程序THAFTS中,增加了多不连通流域耦合的计算功能。以舷间充水双层弹性球壳的结构声辐射问题为考核算例,通过与解析结果的比较,验证了计算方法和计算程序的正确性。     

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.     

三维浮体声弹性问题的一些研究

在经典的三维水弹性力学理论的基础上,考虑水介质的可压缩性,形成通常所说的水中声弹性理论.提出带航速和考虑自由液面影响的,承受机械和波浪等多种载荷激励下的浮体流固耦合振动及水下辐射噪声计算方法;并介绍了一种消除简单源数值算法中非规则频率现象的方法.针对无限大流体中的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,验证了计算方法的正确性.在此基础上,计算了一机械激励下双层加筋圆柱壳的水下辐射噪声,并根据数值结果,对近、远场声特性进行了讨论.     

轴-艇耦合系统声振仿真中的不规则频率问题

采用边界元方法求解频域流固耦合问题时,在内域虚拟流场的共振频率处会出现不规则频率问题,在这些不规则频率处辐射声场的求解常常出现较大波动.为研究实尺度潜艇的水下振动声辐射,本文建立基于Suboff艇型的轴系-艇体耦合系统.基于有限元/边界元法,分别采用/不采用消除不规则频率的封闭虚拟阻抗曲面(CVIS)法,计算轴系-艇体耦合系统的中低频段振动及辐射噪声.结果表明:(1)对于湿表面外形较复杂的细长艇体,同样会出现不规则频率,甚至连成\"不规则频带\";(2)若不消除不规则频率,不规则频率处的辐射声压级有较大误差,在深海环境中可以\"污染\"到远场会聚区处;(3)对于主体结构为细长圆柱壳的艇形,首个不规则频率可参照与之尺度相当的细长圆柱壳不规则频率的表达式得出,首个无量纲不规则频率约为ka=2.4.     

弹性充液双层圆柱形外壳水下声散射特性分析

本文通过理论方法研究水中无限长双层圆柱壳填充不同夹层介质时外壳散射特性。基于动态弹性理论和变量分离方法,针对无限液体介质各向同性双层圆柱壳对稳态谐波声音信号的散射问题,结合各向同性介质Lame运动方程和Hemholtz方程,推导得出水中无限长双层圆柱壳填充不同夹层介质时外壳散射场的严格解,计算分析一定波长和内外壳相对厚度范围内单、双壳体内部不同介质下稳态信号散射频率依赖性。结果显示,对于双层圆柱壳,外壳相对厚度的增加导致共振振幅平均从25 dB降低至15 dB;内壳厚度导致的外壳散射信号水平变化约为20log|D(0°)|,并随外壳厚度增加,平均从约17 dB降低至5～10 dB。     

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析--系泊浮体主坐标响应的频率特征

采用前文建立的海洋浮体二阶非线性水弹性理论,本文分析了一个弹性系泊浮体在波良中的主坐标响应的频率特性。给出了作用于弹性浮体的锚链系统恢复力刚度系数,在考虑一阶速度势的耦合引起的二阶力以及在高海况条件下浮体作大幅运动时其刚体运动引起的二阶力及瞬时湿表面变化引起的二阶力等成分的前提下,建立了系泊浮体的频率三维线性和非线性水弹性运动方程,同时给出了广义流体力系统的表达形式。计算了系泊浮体水弹性运动的一阶和二阶主坐标,重点讨论了主坐标的频率特征。计算表明系泊浮体不但存在高频弹性谐振,而且存在低频刚体谐振及耦合谐振现象。     

线性方程组求解方法对不规则频率影响范围及消除效果的影响

针对使用边界元方法计算波浪对结构物作用问题中所出现的"不规则频率"现象,对比了直接法与迭代法求解线性方程组时"不规则频率"的影响范围.并基于修改积分区域方法消除"不规则频率"的积分方程,研究了求解方法对"不规则频率"消除效果的影响.计算结果表明,采用迭代法求解会使"不规则频率"的影响范围显著增加,也会影响"不规则频率"的消除效果.因此,推荐使用直接法对线性方程组进行求解.     

船舶水弹性力学理论的研究进展

船舶水弹性力学理论在过去近三十年中取得了长足的进步,尤其是三维水弹性理论已被广泛应用于船舶与海洋工程领域的流固耦合问题中。全面地回顾了国内外船舶水弹性力学理论及试验研究的历史与现状,将水弹性力学理论分为二维线性、三维线性、二维非线性、三维非线性等几类,以波浪中航行船舶的水弹性力学理论研究与应用为重点,依次进行了介绍。在船舶水弹性试验方面,着重介绍了国内在整体弹性船模试验研究中取得的进展。     

B—Spline高阶元方法在三维水弹性力学中的应用

本文简要叙述了Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅ样条函数的基本性质;将二元高阶Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅ函数与Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法相结合,形成了任意光滑空间曲面的二元高阶Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅ函数簇解析表达方法;讨论了Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅ函数在三维水弹性力学边界积分方程中应用的一些数值计算问题。     

轴向激励弹性连接双刚性球低频声辐射计算及分析

大潜深水下航行器一般采用多舱体结构,研究多舱体减振降噪方法意义重大。本文以球舱为例,利用球函数的平移加法理论,建立水下两个刚性球轴向振动产生的辐射声场的解析计算模型,比较100 Hz以下刚性模态的低频段内刚性球之间不同连接方式的辐射声场特性。计算结果表明,球体之间采用弹性连接能减小非受力刚性球的振速幅度,而且使两刚性球的振速相位之间存在相反的频段,各个刚性球的辐射声压相位相反,叠加时各部分声压会相互抵消,两球辐射强度相近时,声源级出现明显的谷点,激励力作用在等效密度大的球舱比作用在等效密度小的球舱降噪效果更好。该研究结论可以为水下航行器的多舱体低噪声设计提供参考。     

随机面激励的非规则声腔自噪声计算方法研究

舰船声呐罩以及舱室、车厢等常见的非规则声腔受湍流边界层脉动压力随机面激励产生的水(气)动力噪声,已经或将成为声呐自噪声和舱室噪声的主要成因。文中以一个非规则形状的三维声腔为例,考虑声腔结构振动与内外声场的耦合,采用虚拟膜技术和集成模态法以及功率谱密度概念,建立了声腔受湍流边界层脉动压力随机面激励的自噪声计算模型和方法。数值计算分析表明:虚拟膜技术和集成模态法可用于舰船声呐罩以及列车和汽车车厢等非规则声腔自噪声计算的声学建模,预报声腔内部水动力噪声或气动力噪声的低中频分量,具有数值方法能够模拟复杂形状声腔和解析方法相应的声振耦合方程维数少的优点。     

半空间内结构声辐射研究

采用解析方法,以脉动球为例研究了以自由表面或刚性表面为界的半空间内的声辐射问题.重点研究了自由表面或刚性表面对结构辐射声功率和辐射方向性的影响.数值结果表明:在低频和自由表面距离脉动球源较近时,自由表面的存在会大大地减小脉动球源的辐射声功率,自由表面对辐射声功率的影响可高达-40dB左右.但随着频率和自由表面离脉动球源距离的增大,自由表面对脉动球源辐射声功率的影响会急剧地减小.当频率较高或自由表面距离球源较远时,自由表面对脉动球源辐射声功率的影响是不大的;刚性表面对脉动球源辐射声功率的影响远远小于自由表面对脉动球源辐射声功率的影响,其最大的影响也仅为 3dB.文中还讨论了用边界元法求解三维复杂结构在半空间内的声辐射问题,并进行了计算验证.     

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。     

管路敷设橡胶层对圆柱壳结构振动与声辐射的影响

以内部设有管路的圆柱壳结构为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,针对管路内、外敷设不同厚度橡胶层时,圆柱壳结构水下振动与声学特性进行数值计算,从圆柱壳结构振动位移和辐射噪声2个方面探讨管路内、外敷设橡胶层对圆柱壳结构水下振动与声辐射的影响.这对水下结构物的声学结构优化具有重要意义.结果表明:对于本算例,管路内、外敷设橡胶层对降低圆柱壳结构水下振动与辐射噪声具有良好效果,并且管路敷设橡胶层越厚,减振降噪效果越好.     

鱼雷浅水主动声引信的一种布阵方法

浅水主动声引信应用较少,主要由于混响干扰较强,信号不易被检测.主动声引信多用于深水反潜.根据目标多普勒频移特性,提出了一种在浅水条件下,高频主动声引信的布阵方案.同时针对引信角度覆盖扇面,进行了布阵性能计算与优化选择,并对矩形阵元进行了初步设计.     

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.     

数字化声发射技术在潜水器管道泄漏监测中的应用研究

为了研究数字化声发射技术在潜水器管道泄漏监测中的可行性,文章创建了管道泄漏声发射检测系统,提出了应用于潜水器管道泄漏的声发射通道采集控制参数,对潜水器管道泄漏现象进行了试验研究,验证了系统的有效性和实用性。同时通过对管道泄漏声发射信号参数的统计分析和傅里叶变换,获得了潜水器管道泄漏声发射信号的RMS、ASL、能量以及频率等幅频响应特性随传播距离和管道内部压力的变化规律,为在潜水器服役过程中进行声发射实时监测提供物质基础和技术支撑。     

船载货物单元在非规则波中系固有效性校核的一种评价方法

货物单元在运输中,合理系固是确保船舶安全的重要因素,而系固方案制定后,如何针对实际海况对其系固效果进行正确评价则是货物系固的关键.在非规则波的基础上,充分考虑到各自由度运动之间的耦合影响,提出一种更为贴近海上实际的系固有效性校核的评价方法,同时将风力、波溅力、摩擦力等因素考虑到此方法当中,由此得出的结论会更客观.也为完善系固方案提供了依据,并可作为《货物积载和系固安全操作规则(CSS Code)》的补充.