不等间距加肋圆柱壳局域化效果预报及仿真验证

以有限长加肋圆柱壳为研究对象，获取不等间距加肋圆柱壳的局域化系数，并验证局域化系数理论公式的有效性。采用通频带近似法及等效参数识别技术，利用弹簧振子链系统的局域化理论公式预报不等间距加肋圆柱壳的局域化系数。基于不规则系统的波传递矩阵具有各态历经性，通过建立多个具有相同不规则程度的非等间距有限元模型获得振动场，分析振动能量在轴向位置的平均变化曲线获取衰减系数，与预报的结果进行对比，得到不等间距加肋圆柱壳的局域化系数，验证局域化系数理论公式作为统计平均的结果，当单元数量足够多时与预报结果比较吻合。研究表明，根据数值解析得到的通频带可以给出用于振动局域化系数计算的结构参数，基于各态历经性的模型验证方法可以很好地与理论结果拟合。局域化系数公式可以作为实际结构的定量化使用。     

一种基于有源频率选择表面的可调吸波体特性分析

[目的]周期结构吸波体可有效吸收入射电磁波并降低目标反射特征。提出一种基于有源频率选择表面(AFSS)的微波吸收体,通过加载PIN二极管,实现对吸波体频带范围的动态调控。[方法]首先,利用电磁仿真软件CST研究吸波体结构的可调控特性,探究PIN二极管等效电阻随偏置电流变化时吸波体反射率改变的情况;然后,采用多反射干涉理论分析多层结构中电磁波传播反射的特性,确定理想吸波情况下不同路径电磁波的幅度和相位条件;最后,加工实物样件在微波暗室进行测试和验证。[结果]结果表明,加载PIN二极管后,吸波体反射率随之改变,且在2.5～9.1 GHz频带范围灵活可调。[结论]研究成果在武器装备电磁隐身设计方面具有一定应用价值。     

舵传动装置的液压与电气驱动振动特性对比研究

[目的]针对传统的液压驱动的舵传动装置,基于缩比舵传动装置试验台,开展电气驱动方式振动特性研究。[方法]首先研究舵传动装置在电气驱动下机构本身振动特性与负载力及转动角速度的关系,然后对液压、电气两种驱动方式下机构的振动特性进行对比分析。[结果]试验表明,传动装置产生的振动强度与舵叶加载力、舵角零点位置角速度呈正相关,电气驱动方式产生的振动加速度峰峰值和均方根值与液压驱动相比均降低了40%,有效降低了传动装置的整体振动,[结论]对舵传动装置电气化具有参考价值。     

结构频带振动声辐射的有限元结合频率均方声压法数值计算北大核心CSCD

[目的]为了预报受频带激励的振动结构声辐射,[方法]利用有限元法(FEM)和频率均方声压法(FAQP),对受频带激励的结构振动声辐射问题进行数值计算研究。首先,通过有限元软件计算加筋圆柱壳在频带激励下表面质点速度的频率响应;然后,将结构表面质点速度转化为法向振动速度,再计算频带内的平均能量源(包括声强源、声压源和速度源);最后,通过FAQP法计算频带声压级,并与FEM和边界元法(BEM)计算的FAQP结果进行对比。[结果]结果表明,FEM和FAQP结合的方法可用于计算受频带激励结构的1/3倍频程的频带平均声辐射,且FEM和FAQP结合的方法具有较好的稳定性,计算频率更高,无需逐个频率计算再平均的过程。[结论]FEM和FAQP结合的方法可以作为一种适用于中、高频频带的内噪声预报方法。     

结构频带振动声辐射的有限元结合频率均方声压法数值计算

[目的]为了预报受频带激励的振动结构声辐射,[方法]利用有限元法(FEM)和频率均方声压法(FAQP),对受频带激励的结构振动声辐射问题进行数值计算研究。首先,通过有限元软件计算加筋圆柱壳在频带激励下表面质点速度的频率响应;然后,将结构表面质点速度转化为法向振动速度,再计算频带内的平均能量源(包括声强源、声压源和速度源);最后,通过FAQP法计算频带声压级,并与FEM和边界元法(BEM)计算的FAQP结果进行对比。[结果]结果表明,FEM和FAQP结合的方法可用于计算受频带激励结构的1/3倍频程的频带平均声辐射,且FEM和FAQP结合的方法具有较好的稳定性,计算频率更高,无需逐个频率计算再平均的过程。[结论]FEM和FAQP结合的方法可以作为一种适用于中、高频频带的内噪声预报方法。     

基于参数化建模的螺旋桨随边削边振动研究北大核心CSCD

[目的]工程上常采用随边削边法解决因负荷过重所导致的船-机-桨不匹配的问题。针对工程中常使用的随边单边切割法,开展基于参数化建模的螺旋桨随边单边削边振动研究,探究随边削边对螺旋桨振动特性的影响。[方法]选取DTMB4381,4382及4383等型桨为研究算例,结合Matlab编程技术与ANSYS二次开发程序得到不同随边单边切割量对螺旋桨振动特性的影响规律,并分析对应影响规律产生的不同原因。[结果]对于无侧斜的4381桨,其固有频率随随边切割量的增大小幅增加,而模态振型变化不大;对于有侧斜4382及4383桨,随边切割量增加,其固有频率变化规律与无侧斜的4381桨基本相同。[结论]侧斜不会改变螺旋桨在不同随边单边切割量下的振动特性规律;随着随边切割量的增加,两种桨形削边后,固有频率变化率均会明显提升,且在高阶时增幅更为明显。对应的二次开发计算程序可在实际工程中帮助相关人员从振动特性的角度选取最优削边方案,为削边方案的设计和改良提供理论依据和指导。     

基于空间谐波分析的典型加筋板结构声振特性

[目的]单向周期加筋板在船舶结构中应用广泛,开展其声振特性理论研究可为加筋板的声振特性分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑骨材对板的力和扭矩作用,以及流体声介质与板的耦合作用,分别建立无限大单、双周期加筋板的结构动力学模型;然后,通过傅里叶变换将空间域转换到波数域,应用构造函数、泊松公式及周期函数的性质推导加筋结构的振动方程,得到力激励和声波激励下加筋板振动位移的解析解,并利用稳相法给出加筋板的远场声压表达式;最后,通过具体算例讨论骨材扭矩、激励类型、激励位置、板厚、骨材参数等因素对周期加筋板结构声振特性的影响规律。[结果]骨材扭矩对加筋板声振特性的影响较小;对于周期加筋结构,可以利用骨材参数对声子晶体带隙的影响,衰减某些频率的振动;激励加载在强构件处可有效减弱振动;骨材的间距、尺寸等参数对声振特性的影响较为明显。[结论]对激励及骨材参数的合理设置,可以有效优化加筋板结构的水下声振特性。     

管路弯头流致振动的影响因素分析

[目的]弯头是管路系统的重要构件,在管路运行时弯头因受到流体激励而产生振动,是管路系统总体振动的主要因素之一。为了更好地理解管路弯头流致振动产生的机理,[方法]通过有限元数值计算和实验相结合的方法,针对弯头直径、曲率半径和弯曲角度等参数,开展弯头在湍流作用下的流致振动研究,以得到不同曲率半径、弯曲角度的弯头在不同管内流速下对流体脉动压强、结构振动响应的影响规律。[结果]结果表明:曲率半径和流速对弯头结构振动响应的影响明显,因此在管路系统声学设计中应高度重视。[结论]研究结果可为管路系统声学设计时的弯头结构布置提供参考和依据。     

任意边界及耦合条件下的多跨梁结构振动特性

[目的]为了克服边界及耦合条件对多跨梁结构振动特性研究的束缚,[方法]基于欧拉梁理论模型,采用Rayleigh-Ritz法建立多跨梁结构振动计算模型,对其在任意边界和任意弹性耦合条件下的自由振动特性进行研究。在传统三角余弦级数的基础上,引入4项辅助正弦三角级数,改善以往求解过程中在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,结合Rayleigh-Ritz法对其求极值,将结构的振动特性问题转换为求解一个标准特征值问题。[结果]通过与有限元计算结果进行对比,验证了收敛速度与计算精度。[结论]所得结果可为多跨梁结构的工程应用提供理论参考。     

任意边界及耦合条件下的多跨梁结构振动特性北大核心CSCD

[目的]为了克服边界及耦合条件对多跨梁结构振动特性研究的束缚,[方法]基于欧拉梁理论模型,采用Rayleigh-Ritz法建立多跨梁结构振动计算模型,对其在任意边界和任意弹性耦合条件下的自由振动特性进行研究。在传统三角余弦级数的基础上,引入4项辅助正弦三角级数,改善以往求解过程中在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,结合Rayleigh-Ritz法对其求极值,将结构的振动特性问题转换为求解一个标准特征值问题。[结果]通过与有限元计算结果进行对比,验证了收敛速度与计算精度。[结论]所得结果可为多跨梁结构的工程应用提供理论参考。     

基于模态与振动传递函数分析的低噪声液压站设计

[目的]液压油站作为液压系统的动力源,是液压系统振动、噪声产生的根源。为进一步降低液压系统的振动、噪声水平,提出一种基于模态分析与振动传递函数分析的低噪声液压油站的设计方法。[方法]建立液压油站有限元模型,在此基础上求解出油站的模态,并利用模态叠加法对油站结构及液压泵的安装位置进行优化,得到油站的最佳结构形式和液压泵最佳安装位置。基于振动传递函数分析对液压油站箱体结构进行设计,优化泵组到油站机脚的振动传递路径,进一步降低液压泵组振动噪声对液压油站的影响。[结果]油站的振动噪声测试结果表明,该设计方法显著降低了液压油站振动、噪声指标,其中液压油站振动加速度总级降低5.7 dB,空气噪声降低2 dB,[结论]为液压系统减振降噪提供了较好的方法。     

线激励下船舶混合构型加筋板的振动特性

文章对某船发电机舱纵向混合构型加筋板的导纳特性进行了研究,运用模态叠加法求解了结构在线激励作用下各特征线上的等效导纳。计算结果显示,根据振动能量在结构上的分布,可按频段将导纳特性分为输入主控区和传递主控区。输入主控区导纳呈现带通特性,三个通频带与相应的筋条结构对应。通过改变筋条的参数可以单独控制加筋板某个频段的导纳特性。     

单侧触水复杂形状薄板的自由振动特性分析

[目的]旨在研究单侧触水弹性边界下复杂形状薄板的自由振动特性。[方法]选取包络复杂形状薄板域的矩形域并将薄板位移用矩形域内的改进傅里叶级数表示,结合Rayleigh积分建立表面声压和薄板位移的关系,并将积分式转换到局部极坐标中以避免奇异性,针对局部极坐标中该变限积分中的边界曲线难以获得显式表达式的问题,用“以直代曲”的方式处理结构边界曲线以简化Rayleigh积分,基于能量原理建立了分析单侧触水复杂形状薄板自由振动特性的半解析方法。[结果]给出了单侧触水矩形薄板、圆形薄板和一些复杂形状薄板的算例,与有限元及文献结果对比验证了该方法的收敛性和准确性,并讨论了弹性边界对薄板附加虚拟质量增量因子（added virtual mass incremental, AVMI）的影响规律,各阶AVMI因子在边界位移弹簧无量纲化刚度为103附近出现最大值,此时结构受流体影响相对最大。[结论]该方法适应性较强,计算效率较高,揭示了流体中复杂形状薄板的自由振动规律,具有一定的工程指导意义。     

Flexural wave bandgap and isolation characteristics of vibration and sound in periodic sandwich plates北大核心CSCD

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。     

纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计

[目的]为了提高结构第1阶总体弯曲模态频率并降低低频范围纵横加筋圆锥壳尾端处的加速度总级,建立纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计的数学模型。[方法]采用有限元软件ANSYS对纵横加筋圆锥壳进行参数化建模,分析结构的振动模态以及在纵横加筋圆锥壳尾端施加垂直向下单位集中力情况下结构的响应。以Matlab为平台,使用遗传算法和宽容排序法对纵横加筋圆锥壳振动特性进行多目标优化求解。[结果]结果发现随着宽容度以及目标重量的增大,最优方案结构载荷处的加速度总级减小;单目标优化对于同一个目标值可以有多个方案与之对应。[结论]研究结果可为加筋圆锥壳结构声学设计提供参考。     

周期支撑充液管路轴向振动特性分析

基于Timoshenko理论,采用传递矩阵法计算了充液周期结构管路和周期支撑管路轴向振动传递特性,分析了轴向波波数实部、虚部与轴向波传播特性之间的关系。计算表明,轴向周期结构管路与轴向周期支撑管路系统均存在振动带隙,且振动带隙范围与轴向波波数实部、虚部之间一一对应。还分析了单个晶胞长度与支撑刚度对轴向振动带隙的影响。研究结果可为管路系统的振动噪声控制提供有效的技术支撑。     

邮轮开敞区域典型杆件风致噪声特性数值研究

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学（CFD）联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆杆的气动噪声最大值频率由脱涡频率主导,风致振动噪声最大值频率由结构固有频率主导。3种不同截面形状杆件产生的气动噪声总体上大于风致振动噪声,且方杆的气动噪声最大。当杆件脉动压力频率接近固有频率时,在大柔度下风致振动噪声会接近甚至超过气动噪声。[结论]设计邮轮开敞区域典型杆件时应选择圆形杆件而避免使用方形杆件,且合理选择杆件尺寸,尽量避免杆件脱涡频率与固有频率接近,以此降低风致噪声。     

基于统计能量法研究肋骨对双层圆柱壳声辐射特性的影响

[目的]潜艇的主要结构形式是环肋圆柱壳,目前关于肋骨对圆柱壳声辐射特性影响的研究大多集中在中、低频,但是振动声学问题涉及到更宽的频率范围。[方法]采用统计能量法研究宽频范围内肋骨对圆柱壳声辐射特性的影响。首先,分析圆柱壳增加肋骨后统计能量参数的变化;然后,研究耐压壳、外壳分别增加肋骨、改变肋骨间距、改变肋骨形状对圆柱壳声辐射特性的影响;最后,分析激振力作用在不同位置时,环肋圆柱壳声辐射特性的差异。[结果]得到了肋骨影响下双层圆柱壳在500 Hz～100 kHz范围内的统计能量参数和辐射噪声变化规律。[结论]研究结果对合理选用肋骨降低潜艇的振动与辐射噪声有一定参考作用。     

舰船轴系纵向减振器参数优化方法

[目的]轴系的纵向振动是引起船体振动的重要因素之一,安装纵向减振器能有效减小轴系纵向振动,进而控制船体的振动噪声,但减振器参数的变化会引起轴系振动特性的变化。[方法]以某轴系试验平台为研究对象,建立有限元模型,在直线校中状态下,分析轴系纵向刚度与其纵向振动的关系。在此基础上,建立该轴系纵向减振模型,对减振器参数进行无量纲化,保持减振器质量不变,采用寻优算法求解减振器的优化阻尼值和刚度值。[结果]通过比较轴系纵向减振器参数优化前、后轴系的纵向振动频域响应情况,表明减振器参数优化后可有效减小该轴系的纵向振动。[结论]研究结果能够为轴系纵向减振器参数优化提供理论依据。     

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响北大核心CSCD

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。