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。     

声介质中水弹性力学消除不规则频率的方法

文章根据简单源方法（源汇分布法）中不规则频率的产生机理,在内部流场中引入一个虚拟阻抗封闭曲面用于吸收声振能量,消除内部流场的共振现象,以此消除不规则频率。将该方法与现有的水弹性力学简单源求解方法相结合,应用声介质中水弹性力学计算程序THAFTS求解了一球形浮体涨缩振动和刚体平动的声阻抗,通过与解析结果的比较,验证了文中所述的方法能较好地消除不规则频率。同时进一步计算分析了内部虚拟阻抗曲面的大小以及曲面上声阻抗的大小对消除不规则频率效果的影响,为该方法的实际应用提供了理论指导。     

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.     

航速及定常流场对航行船体结构水弹性力学特性的影响

本文侧重于研究航速对船舶结构水弹性力学响应的影响。     

三维水弹性力学中的结构广义质量计算

该文给出了三维水弹性力学中弹性模态位移振型归一化时广义质量的计算方法,并应用三维有限元方法计算了箱式大型浮体结构的固有频率和广质量,经与均匀梁解析解的比较表明,两种方法差异不大,因此,采用均匀染解析解来计算这种结构的固有频率和广义质量是完全可行的,简化了计算工作。     

高粘度流体中气泡与自由液面相互作用实验研究

气泡的运动形式与边界条件密切相关.当气泡在近自由液面附近运动时,会与自由液面发生相互作用并产生复杂的水冢和射流现象.目前相关研究大多是在理想流体中进行,然而气泡在化工、生物及医学等高粘度流体中广泛存在,其运动规律尚未探明.因此,文中在前人研究的基础上,通过水下低压放电装置生成气泡,研究高粘度流体中气泡与自由液面相互作用...     

海洋浮体非线性水弹性力学分析--结构非线性的初步考虑

前文^[1-3]分别介绍了二阶非线性水弹性分析中流体非线性的理论与部分典型算例结果。本文则在流体线性假定的前提下，介绍结构非线性的考虑方法。以大变形浮动平板在多向规则波中的运动与变形响应为例，介绍了板垂向位移与流体相互耦合的频域分析方法。讨论了板内薄膜力对结构变形与受力的影响。数值算例表明，薄膜力对变形、弯矩和应力都有一定程度的非线性贡献，在某些情况下是不可忽略的。     

粘性流体中运动物体的水弹性力学响应方程

本文提出了在非惯性坐标系性坐标系中任意形状可变形弹性体与粘性流体相互作用的理论方法,可用于分析预报在粘性流体中做任意形式运动的弹性结构是性力学响应。     

三维对称楔形体入水的水弹性力学分析

结构入水砰击是一个很复杂的水弹性力学问题,在船舶与海洋工程领域,人们对其十分关注。本文借助模型试验和商用软件平台Ansys技术,对结构入水砰击过程展开研究。首先,自主设计入水结构模型、试验装置,通过布置在楔形体结构内的传感器,全程实时监测楔形体结构下落的压力变化。然后,基于试验结果,数值模拟了三维弹性楔形体的入水砰击过程。得到了砰击压力云图、等效应力云图以及流体的速度云图,对比分析了弹性体测点与试验中测点的砰击压力,验证了该数值模拟方法的可行性与有效性。     

考虑自由液面波形的舰船水下辐射噪声计算方法

本文针对具有Wigley船型的护卫舰,基于URANS方法采用SST k-ω湍流模型,数值模拟了该舰静水匀速航行的绕流流场,并导出自由液面的波形作为后续声学计算的边界条件。采用声学有限元自动匹配层(FEM–AML)方法,建立了该舰声固耦合计算模型,取船体结构前2 154阶干模态作为声固耦合响应分析的模态基。给出了考虑自由液面波形的水下辐射噪声计算方法,建立了自由液面分别为波面与平面两种声学计算模型,计算了该舰1-80 Hz低频域机械噪声源激励下的辐射声功率级,并比较两种声学模型对计算精度的影响。研究表明,自由液面的波形对Wigley舰机械噪声计算精度有一定影响,且影响程度随频率的增大而增加,自由液面为平面的声学模型计算结果偏大,两者总辐射声功率级相差约0.8 dB。     

航行船舶的三维非线性水弹性分析

基于Wu提出的浮体二阶水弹性理论[1],研究大浪中航行船舶的非线性水弹性响应,给出了数值方法和计算结果.在二阶水弹性分析中,主要考虑了大角度刚体转动和瞬时湿表面变化引起的非线性水动力.根据三维线性水弹性理论[2],采用移动脉动源格林函数和Kelvin定常兴波假定,求解了对二阶水动力做主要贡献的一阶速度势及响应.最后以航行于不规则波中的小水线面双体船为例,讨论了航速和定常兴波流场对水弹性响应的影响,并对线性和非线性响应的预报结果进行了比较.     

前进速度对细长体在水中横向振动的影响(英文)

In this paper, the effects of forward speed on the lateral vibration of a slender structure in an infinite fluid are considered. By equating the bending stress of the structure with the hydrodynamic force acting on it, the equation which governs the fluid-structure interaction of a slender structure both vibrating and moving in water is obtained. Numerical results show that the influence of forward speed on the vibration of a slender structure in water is significant. It behaves like damping, reducing both natural frequencies and responses significantly.     

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.     

近水面水翼影响的船舶兴波时域计算研究

近水面水翼的兴波由升力线的自由面兴波来表达,船体的兴波考虑升力线兴波的干扰影响,三维时域格林函数法用于船体的兴波分析计算.以Wigley船型为数值计算例,考虑近水面水翼的影响,分别对单体船和双体船进行了船舶兴波计算研究,提供了兴波波形和兴波阻力的计算结果.以系列60船型为数值计算例,把计算的结果与发表的有关结果进行对比,具有较好的吻合.本文还对船舶自由表面兴波波形进行了时域数值仿真.     

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。     

带自由液面有限长圆柱绕流数值模拟

[目的]为了探究自由液面及自由端对典型钝体绕流问题的影响,对带自由液面的有限长圆柱绕流进行研究。[方法]基于延时分离涡模拟（DDES）技术和分段线性界面重构（PLIC）方法,利用自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器开展数值模拟。[结果]结果显示,自由液面和自由端的存在增大了局部位置的升、阻力,推迟了圆柱表面流动分离的发生;相较于深吃水位置,自由液面附近流向的速度“恢复”延缓,横向的速度呈向外运动的趋势;自由液面的变形产生了大量细碎的漩涡,自由端的卷拧状漩涡在一定程度上抑制了卡门涡街的发展。[结论]研究表明,目前采用的数值方法能够准确捕捉复杂流场,同时,自由液面和自由端的存在将显著改变流场沿吃水方向的分布。     

有限深度均匀流中圆柱桩群绕流对流速的影响*

通过有限深度均匀流水槽试验研究不同圆柱桩群对均匀水流的绕流影响程度.通过多组试验研究数据对比分析得到圆柱桩群对均匀水流的影响规律;不同圆柱桩群对同样水流影响性质与程度的差别;不同圆柱桩群对水流流场影响范围的规律;圆柱桩群的阻流率、排架密度、桩群长度对水流流场的影响规律;不同流速的水流对圆柱桩群影响的反应规律;水流绕流圆柱桩群时,横向断面流速的变化规律等.研究分析还发现:桩群阻力是桩群影响水流的一个因素但非唯一因素,桩群的排列方式和桩群迎流角对水流流速的变化有不同程度的影响,且其影响程度大于阻力影响.     

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.