流场中功能梯度材料圆柱壳的频散特性

文章基于Love壳体理论和Helmholtz波动方程推导了内外流场作用下功能梯度材料圆柱壳流固耦合振动方程。研究了流场作用下功能梯度壳内传播波的频散特性,并与各向同性圆柱壳进行比较。研究表明：在以拉伸和扭转运动为主的频段上,功能梯度壳体的材料特性改变对各支传播波相速度的影响较大,且扭转运动对应频段所受的影响大于拉伸运动对应的频段,而对弯曲波相速度的影响较小。该文可为水下航行器新型复合材料壳体的波动特性研究提供参考。     

复合材料圆柱壳的波动特性研究

基于壳体理论,研究圆柱壳的频散特性以及相速度和群速度特性,利用数值方法求取特征方程的实数、虚数和复数根,分析其物理含义.研究表明,传播波的数量随激励频率的增加而增加,这些传播波的起始频率都是某一支近场波的截止频率.     

双壳结构频散特性及聚能效应分析

以浸没在流场中的双层圆柱壳为研究对象,分析了静水压力、不同边界条件对其频散特性的影响规律。在典型壳体结构多模式频散特性分析基础上,探索双壳结构复杂激励下的能量聚集现象,初步给出了壳体能量聚集判据。结果表明:壳体4.5 MPa静压下增大了壳体高阶周向模态下低阶波的传播速度。壳体边界条件对低阶周向模态对应的无量纲振动频率影响较为显著。壳体聚能效应在低阶周向模态下较为显著;随着周向模态数增加,结构声的能量聚集现象逐渐向高频移动。     

水中有限长圆柱壳体辐射声场特性

理论研究有源点激励时水中有限长圆柱壳体辐射声场特性。根据圆柱壳体耦合振动理论,推导有源点激励时水中有限长圆柱壳体振动速度与辐射声压计算式,计算并分析有源点激励时水中有限长圆柱壳体振动速度分布特征、声辐射近场和远场特性。研究结果表明:随着结构阻尼增大,圆柱壳体振动能量与声辐射能量向激励点处集中,且频率越高,这种集中效应越显著。在声辐射近场,声压衰减较快,其分布规律与壳体振动分布规律相近;在声辐射远场,声压衰减规律近似为球面波衰减,声压分布具有一定指向性,且激励力作用方向为声辐射主要方向。     

充液圆柱壳的动态特性研究

基于经典的Flugge弹性薄壳理论和Helmholz波动方程,研究了充液圆柱壳的频散特性以及相速度和群速度特性,利用数值方法求得了特征方程的实数、虚数和复数根,并分别揭示了它们的物理含义,分析了内流场对于壳体动态特性的影响,给出了壳体中功率流和流体载荷的变化情况,从能量角度研究了充液圆柱壳的动态特性.研究表明,传播波的数量随激励频率的增加而增加,这些传播波的起始频率都是某一支近场波的截止频率.对于某一个固定的频率,存在有限数量的传播波和无限多的近场波.当n=0时,传播波是由弯曲波和纵向拉伸波构成的,并且Kelvin-Kirchhoff剪力的功率和弯矩的功率是相等的.     

考虑流体静压时充液圆柱壳的频散特性分析

该文研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的频散特性的影响。静压力作为预应力计入壳体振动方程当中,壳体和流体分别采用Flügge方程和Helmholtz方程。结果表明,静压力对充液壳和未充液壳中传播波的影响一致,仅对第一支传播波有影响,并且使波数减小,周向模态数n较大时使起始频率升高;对其他各支传播波几乎没有影响。随着静压力和周向模态数的增大,对传播波的影响程度增大。     

静水压力下圆柱壳结构频散特性分析

对不同静水压力下圆柱壳的频散特性进行研究，初步揭示无限长圆柱壳振动受到水深影响的变化规律。采用Flagge壳体运动方程和Helmhohz声学方程建立静水压力作用下耦合系统的频散方程，利用muller三点迭代法对该超越方程进行求解，得到传播波的频散曲线。结果表明：静水压力会对水下圆柱壳结构的频散特性产生一定的影响，其影响效果随水深的增加逐渐增大。与参考文献[4]的结果作比较发现，其对各支传播波起始频率的作用并不大，而对处于声速线上方的亚声速波影响明显，随水深增加，相应的波数呈下降趋势，等间距加大水深，其浸深绝对值越大影响也越大，图示曲线间距增加。     

充液管道轴对称波的传播与衰减分析

在很多工程状况下,特别是船舶和海洋工程领域,管道的振动、噪声和疲劳失效是极其严重的问题。文章对充液管道的轴对称波的传播与衰减进行了解析研究。首先推导了周向模态n=0的管道轴对称振动方程,然后分别得到s=1流体波和s=2壳体波的波数表达式。接着,对波数以及管道和流体的阻抗进行了数值计算和讨论。结果发现,在这种模态下,波的传播与衰减随频率变化(频散特性),与壳体厚径比和流体密度密切相关。事实证明,这种耦合振动分析方法是简洁有效的。     

浸没在流场中的双壳结构波动特性

以浸没在流体声介质中的双层圆柱壳为研究对象,给出了静压下双壳流固耦合系统频散方程,基于Muller-Newton法和围线积分法分别开展了实数域和复数域频散方程的计算。探索了静水压力对双壳频散特性和输入功率流的影响规律。在此基础上,分析了不同周向模态下双壳结构波的传递性质。结果表明:4.5 MPa静水压力降低了高阶周向模态下低阶波的传播速度;在n=0时静水压力增大了输入功率流的峰值;各种传播波随着无量纲频率的增加表现为弯曲波、拉伸波和扭转波等形式。     

基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

基于功能梯度材料的充液圆柱壳耦合振动研究

根据Love壳体理论研究了基于功能梯度材料的充液圆柱壳的耦合振动特性。利用波动法,推导出考虑液体影响时FG圆柱壳耦合系统的振动方程。通过变换轴向波数,得到不同边界条件下充液FG圆柱壳的固有频率。与已有文献的分析结果进行对比,验证了文中研究的准确性。研究表明,液体对FG圆柱壳的固有频率有着明显的影响,轴向半波数、边界条件和壳体长度与半径比对固有频率的影响主要表现在周向波数较小的情况下。     

Effect of Sea Level Rise and Offshore Wave Height Change on Nearshore Waves and Coastal Structures

In 1994, Townend proposed a method to calculate the relative changes in various wave characteristics and structure-related parameters due to sea level rise for regular waves. The method was extended to irregular waves by Cheon and Suh in 2016. In this study, this method is further extended to include the effect of future change in offshore wave height and the sea level rise. The relative changes in wavelength, refraction coefficient, shoaling coefficient, and wave height in nearshore area are presented as functions of the relative changes in water depth and offshore wave height. The calculated relative changes in wave characteristics are then used to estimate the effect of sea level rise and offshore wave height change on coastal structures by calculating the relative changes in wave run-up height, overtopping discharge, crest freeboard, and armor weight of the structures. The relative changes in wave characteristics and structure-related parameters are all expressed as a function of the relative water depth for various combinations of the relative changes in water depth and offshore wave height.     

海平面升高和离岸波高改变对近岸波浪和海岸结构的影响（英文）

In 1994, Townend proposed a method to calculate the relative changes in various wave characteristics and structure-related parameters due to sea level rise for regular waves. The method was extended to irregular waves by Cheon and Suh in 2016. In this study, this method is further extended to include the effect of future change in offshore wave height and the sea level rise. The relative changes in wavelength, refraction coefficient, shoaling coefficient, and wave height in nearshore area are presented as functions of the relative changes in water depth and offshore wave height. The calculated relative changes in wave characteristics are then used to estimate the effect of sea level rise and offshore wave height change on coastal structures by calculating the relative changes in wave run-up height, overtopping discharge, crest freeboard, and armor weight of the structures. The relative changes in wave characteristics and structure-related parameters are all expressed as a function of the relative water depth for various combinations of the relative changes in water depth and offshore wave height.     

水下环肋功能梯度材料圆柱壳耦合振动的波动解

研究了考虑功能梯度材料的水下环肋圆柱壳耦合振动特性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论,采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程,运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的耦合频率值。经过退化计算,与已有文献的研究结果进行对比,验证了文中计算的正确性和有效性。通过算例,分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同静水压力、材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下耦合振动的变化规律,以及这些因素对耦合频率的影响。     

砂质海床特性对单桩所受波浪荷载的影响

砂质海床特性极大地影响波浪与海工单桩基础结构的相互作用,而将多孔介质海床简化为刚性、 不可渗透固体海床,忽视了多孔介质海床对波浪能量的影响.研究砂质海床孔隙率、 介质颗粒平均粒径对单桩所受波浪荷载的影响,设计5种不同海床特性的波浪水槽试验.研究结果表明:在相同波浪条件下,砂质海床结构内部的孔隙流对波浪能量产生衰减作用,...     

线性水波理论中远场无波势的构建(英文)

Various water wave problems involving an infinitely long horizontal cylinder floating on the surface water were investigated in the literature of linearized theory of water waves employing a general multipole expansion for the wave potential. This expansion involves a general combination of a regular wave, a wave source, a wave dipole and a regular wave-free part. The wave-free part can be further expanded in terms of wave-free multipoles which are termed as wave-free potentials. These are singular solutions of Laplace’s equation (for non-oblique waves in two dimensions) or two-dimensional Helmholz equation (for oblique waves) satisfying the free surface condition and decaying rapidly away from the point of singularity. The method of constructing these wave-free potentials is presented here in a systematic manner for a number of situations such as deep water with a free surface, neglecting or taking into account the effect of surface tension, or with an ice-cover modelled as a thin elastic plate floating on water.     

变密度深水中的内波向水面的垂直传播

本文探讨了内波向上传播的衰减形式和处于海洋深处潜艇兴起的内波有无可能被微波探测到的问题.旨在将自航体内波的研究与星载(机载)合成孔径雷达(SAR)的微波探测联系起来,供潜艇非声探测和SAR制造单位参考.     

弹性边界条件下的功能梯度圆柱壳振动特性研究

文章研究了功能梯度材料圆柱壳在弹性边界条件下的振动特性。在Flügge理论的基础上,基于波动法,采用改进傅里叶级数的计算方法建立FGM圆柱壳的振动特征方程,并推导出了弹性边界条件下FGM圆柱壳的固有频率参数表达式。通过与两端简支条件下的FGM圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中计算方法的正确性和有效性。通过算例,研究了在约束刚度不断变化过程中,FGM圆柱壳的固有频率在不同模态下的变化规律;分析了在弹性边界条件下,壳体尺寸、体积分数等因素对FGM圆柱壳固有频率的影响。     

基于γ界面捕捉模型的近场水下爆炸数值模拟

随着对水下爆炸现象研究的逐步深入,近场水下爆炸的数值模拟研究越来越受到重视。近场水下爆炸数值模拟当中的主要难点在于多相流运动以及界面捕捉方法的研究。文章提出一种较为稳定的近场水下爆炸数值模拟方法,其包含了五阶WENO重构以及HLLC近似黎曼求解器的格式,对于多相流界面的捕捉方法基于γ模型。文中的求解格式通过了一维激波管问题以及二维轴对称问题的验证,计算结果与理论解和实验结果吻合较好。在此基础上将该方法推广到近场水下爆炸过程中冲击波传播以及近水面爆炸现象的模拟,模拟结果较为满意。该文的研究方法能够为后续的近场水下爆炸过程中的空泡以及水射流的研究提供指导。     

双层通道中可渗透底部起伏的波浪散射(英文)

The scattering of plane surface waves by bottom undulations in channel flow consisting of two layers is investigated by assuming that the bed of the channel is composed of porous material. The upper surface of the fluid is bounded by a rigid lid and the channel is unbounded in the horizontal directions. There exists only one wave mode corresponding to an internal wave. For small undulations, a simplified perturbation analysis is used to obtain first order reflection and transmission coefficients in terms of integrals involving the shape function describing the bottom. For sinusoidal bottom undulations and exponentially decaying bottom topography, the first order coefficients are computed. In the case of sinusoidal bottom the first order transmission coefficient is found to vanish identically. The numerical results are depicted graphically in a number of figures.