水下方盒结构振动与声辐射相关性研究

针对水下结构振动与声辐射的耦合问题,重点研究了水下方盒结构在简谐激励作用下结构振动和声辐射间的相关性.在计算结构声振响应时,采用有限元结合边界元的算法,即在考虑流固耦合影响下采用有限元法计算结构的振动响应,在此基础上采用边界元法求解无限介质中的Helmhohz方程,从而求得结构的辐射声场.在结构振动和声辐射响应的基础上,计算了几个典型位置声辐射与激励点振动间的关联系数,讨论了它们的关联性.最后得出结论:除了激励源附近位置外,声辐射与结构振动间的关联性是很强的.     

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。     

结构体振动及水下声场理论研究

针对水下复杂结构表面振动及其辐射噪声问题,以矩形平板为模型,结合格林函数法和Helmholtz微分方程及其边界条件,详细推导结构体表面法向振动速度和远场声压响应的表达公式,证明表面各点振动与辐射声场之间的内在联系。根据结构振动模态的叠加特性,从数学分析角度证明其与声场分布模态之间的对应关系;基于极小范数解理论,讨论声场的重构,并对其进行验证。     

声激励水下旋转壳体振动和声辐射的数值预报

本文将有限元加边界元——修正的模态分解法推广到对水下任意形旋转壳体在近场声源激励下振动和声辐射的数值预报问题。以长短轴比为2:1的水下椭球薄壳的声激励问题为例进行了具体计算,其中声源为置在椭球壳端部附近轴线上的单极子或偶极子型点声源。给出了椭球壳弹性振动的辐射声和总辐射声的指向性计算结果,并与把椭球壳作为刚性体的计算结果进行比较。结果表明:在总声场指向性的预报中,如果不考虑椭球壳弹性振动产生的辐射声将会导致大的误差,特别当激励源频率在壳体的谐振频率附近时,壳体辐射声对声场的贡献远远大于声源本身的贡献。     

多源随机激励下多舱段圆柱壳辐射声功率

文章研究了多源随机激励下多舱段圆柱壳的辐射声功率合成规律。在水下多舱段壳体振动声辐射数值计算模型的基础上,采用统计方法处理多源随机激励的辐射声功率。讨论了源的相干性、激励位置、间距和舱壁对总辐射声功率的影响。数值计算表明:在声波波长大于壳体一半长度的低频段,无论两个源是否位于同一舱段都要考虑源的相干性影响;在环频率以上的高频段源相干性的影响可以忽略,多个源随机激励满足能量叠加原理;而在中频段可以只考虑位于同一舱段内源的相干性的影响。     

单/双层水下结构振动声辐射研究

为研究单壳体和双壳体两种典型潜艇结构的振动声辐射特性,本文建立单/双层桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分别计算螺旋桨激励、外部流体激励以及机械激励3种激励源下水下结构的辐射声功率声源级曲线。结果表明:螺旋桨激励下,单层水下结构声辐射略低于双层结构;外部流体和内部机械设备激励下,单层水下结构声辐射明显高于双层结构。     

单层环肋壳振动与声辐射试验分析

本文以单层环肋圆柱壳为对象,开展相关振动与声辐射模型试验,分析了力激励、声源激励对单层圆柱壳在空气中与水下的影响。通过对结构的固有频率展开试验与数值分析,基于有限元及边界元方法,探讨了单层环肋壳在不同频段的声振特性,进而对比分析了壳体振动与声辐射特性。结果表明:在中低频段,空气中与水中单层环肋壳的振动特征差别较小,频谱特征及峰值特征较为相似;但在水中振动响应衰减更快,高频段圆柱壳结构在空气中与水中的振动特性差别较大;在不同激励下,力激励对壳体的振动声辐射影响较大,声激励影响微小。     

空间分布系列球壳声场耦合与辐射特性研究

针对大深度载人潜器的多球壳组合结构,以水介质中任意空间分布的系列弹性球壳为研究对象,利用球函数平移加法定理,建立计及球壳间声场相互作用的多球壳系统声振耦合模型,计算分析空间分布系列球壳的声场耦合特性及其影响因素。结果表明：声场相互作用将改变球壳模态间耦合关系,使得单阶模态对球壳振动的贡献不再限于单个峰值,进而影响声辐射频谱特征;双球壳系统受激球壳和非受激球壳都产生声辐射,轴向激励情况下,两球壳间存在强声场耦合效应,激励力偏离轴向时,声场耦合效应逐渐减弱;不同尺度球壳组成的双球壳系统扩展了声场有效耦合的频率范围,辐射声场兼具两个球壳的模态特征;多球壳串列布置时,声场耦合效应具有传递作用,多球壳按不同角度分散布置时,辐射声场空间分布则更趋复杂。     

水下双层圆柱壳辐射声场欠定分离评估方法研究

水下双层加筋圆柱壳振动和辐射声场的评估对其辐射噪声监测和控制具有重要工程意义。文中通过结构振动模态参与因子向量自身的稀疏特性,分析提出了一种基于结构振动的辐射噪声欠定分离评估方法,可实现有限振动测点情况下的水下复杂结构振动和辐射声场的有效评估。数值和试验结果验证了文中方法的有效性,且所需要的振动测点数目少,具有良好的工程适用性。     

刚性壁存在下的水下圆柱壳结构的声振特性研究

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于Flügge壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式.对海底或码头壁面存在下水下圆柱壳结构的远场辐射声压进行了计算并与无限域中的结果进行了对比分析,研究发现,海底或码头壁面的存在对水下圆柱壳结构的辐射声场有重要的影响.     

多种激励耦合作用下的二维液舱晃荡(英文)

In this research,liquid sloshing behavior in a 2-D rectangular tank was simulated using ANSYS-FLUENT software subject to single or multiple-coupled external excitations(such as sway coupled with roll,and sway and roll coupled with heave).The volume of fluid(VOF) method was used to track the free surface of sloshing.External excitation was imposed through the motion of the tank by using the dynamic mesh technique.The study shows that if the tank is subjected to multiple coupled excitations and resonant excitation frequencies,liquid sloshing will become violent and sloshing loads,including impact on the top wall,will be intensified.     

A study of vibration and vibration control of ship structures

This paper examines the vibration characteristics and vibration control of complex ship structures. It is shown that input mobilities of a ship structure at engine supports, due to out-of-plane force or bending moment excitations, are governed by the flexural stiffness of the engine supports. The frequency averaged input mobilities of the ship structure, due to such excitations, can be represented by those of the corresponding infinite beam. The torsional moment input mobility at the engine support can be estimated from the torsional response of the engine bed section under direct excitation. It is found that the inclusion of ship hull and deck plates in the ship structure model has little effect on the frequency-averaged response of the ship structure. This study also shows that vibration propagation in complex ship structures at low frequencies can be attenuated by imposing irregularities to the ring frame locations in ships. Vibration responses of ship structures due to machinery excitations at higher frequencies can be controlled by structural modifications of the local supporting structures such as engine beds in ships.     

Efficient time-domain approach for hydroelastic-structural analysis including hydrodynamic pressure distribution on a moored SFT

This study investigates the hydroelastic analysis of a moored SFT (submerged floating tunnel) and the corresponding hydrodynamic pressure distribution under wave excitations. Time-domain discrete-module-beam (DMB) method, in which an elastic structure is modeled by multiple sub-bodies with beam elements, is employed to express the deformable tunnel with multiple mooring lines. Moreover, the top-down scheme is also adopted for detailed structure analyses with less computational cost, which applies the calculated hydrodynamic pressure distribution over SFT's surface to the three-dimensional finite element model. The hydrodynamic pressure includes both wave-induced diffraction pressure and motion-induced radiation pressure. For the validation of the developed numerical approach, comparisons are made with computationally intensive hydroelastic-structural direct-coupled method, two-dimensional wave flume experiment, and independently developed inhouse moored-SFT-simulation program. Furthermore, the influences of flexural motions with buoyancy-weight ratio (BWR) (or bending stiffness) and regular/irregular wave conditions on the dynamic pressure distribution and the resulting local stresses are investigated.     

船舶构件共线多裂纹应力强度因子研究

船舶构件中除了单个形式存在的裂纹外,还有多个裂纹同时存在的情况。多裂纹之间的相互干扰作用使得问题远比单裂纹复杂。本文采用比较简单直观的组合法对平板表面多裂纹的应力强度进行了求解并与FRANC 3D求解的结果比较,两者结果较接近,由此可见组合法可以适应工程要求。因此,在平板表面多裂纹问题求解的基础上,推出了T型构件焊趾处表面多裂纹应力强度因子求解的表达式,从而使T型构件多裂纹复杂问题转化为较简单的平板多裂纹问题,可以为工程计算方法提供参考。     

船模在简谐激励存在时的运行模态分析(英文)

A ship is operated under an extremely complex environment, and waves and winds are assumed to be the stochastic excitations. Moreover, the propeller, host and mechanical equipment can also induce the harmonic responses. In order to reduce structural vibration, it is important to obtain the modal parameters information of a ship. However, the traditional modal parameter identification methods are not suitable since the excitation information is difficult to obtain. Natural excitation technique-eigensystem realization algorithm (NExT-ERA) is an operational modal identification method which abstracts modal parameters only from the response signals, and it is based on the assumption that the input to the structure is pure white noise. Hence, it is necessary to study the influence of harmonic excitations while applying the NExT-ERA method to a ship structure. The results of this research paper indicate the practical experiences under ambient excitation, ship model experiments were successfully done in the modal parameters identification only when the harmonic frequencies were not too close to the modal frequencies.     

基于模糊多属性群决策的雷达辐射源威胁等级判定方法

对雷达辐射源进行威胁等级判定是舰艇电子对抗防空反导作战中首先要解决的问题。针对目标威胁属性复杂、决策者思维模糊这一问题,提出了基于模糊多属性决策的威胁等级判定方法,给出了目标威胁属性的指标,并以典型雷达辐射源的为例,采用了灰色关联理论对多个目标进行威胁等级排序。     

运行模态分析技术在船舶结构振动中的应用

运行模态分析是一种仅基于环境激励下结构的响应来提取模态参数的方法．通常假设环境激励为白噪声进行分析。实际上,船舶航行过程中所受激励十分复杂,除受海浪等随机激励外,还受到来自螺旋桨、主机等确定的单频激励。因此航行中的船舶所受激励应假设为白噪声和确定频率的激励同时存在。讨论运行模态分析方法在船舶结构中应用的可行性;在白噪声激励假设下,提出使用自互谱密度法来进行结构模态参数识别,并用简支梁实验对上述方法进行验证。最后将该方法运用于对某船航行中桅杆的振动响应数据进行分析和讨论。     

广州港深水航道通过能力仿真分析

针对广州港深水航道工程实例,对船舶到达锚地、进入航道、在泊作业和船舶离港的作业全过程进行分析。在考虑潮汐、多支汊航道管制规则等影响因素的基础上,建立了复杂航道系统仿真模型;在预测运量和船型发展的基础上,基于服务水平分析不同航道拓宽方案的通过能力,为航道拓宽方案提供重要的决策支持依据。     

多天线系统中的波束形成原理辨析

针对研究中经常遇到的波束形成技术容易引起混淆这一问题，分析了智能天线和MIMO这两种多天线系统中波束形成的原理，辨析了各自的涵义，阐明了两种波束形成技术之间的区别与联系。     

基于多站位点云数据的大面积甲板平面度计算方法

大面积、长距离精度测量和数据处理成为舰船建造精度控制技术的发展方向。基于多站位下全站扫描仪测量甲板平面度获得的点云数据，提出一种平面度高效计算方法。利用全站扫描仪多站位下获得的点云数据及公共点坐标（标靶）进行解算，求出坐标系转换参数，完成坐标系统一；利用最小二乘法完成平面拟合，旋转拟合面求出平面度结果。采用MATLAB仿真验证该计算方法的准确性和有效性，表明其适用于大面积甲板平面度测量。