部分浸没充液无限长圆柱壳声辐射特性研究

本文旨在研究圆柱壳的浸没和充液对其声辐射特征的影响,为界面附近充液壳体目标声学性能的评估和测量提供理论依据和研究方法。通过有限元数值仿真方法计算得到半充液无限长圆柱壳辐射声压的频率-浸没深度谱和半浸没无限长圆柱壳辐射声压的频率-充液高度谱,结果均呈现出两种明显的共振现象,分别由弯曲波和低阶流体附加波激发。根据相速度频散曲线推导出共振频率的预报公式,能够准确地预报辐射声场中出现的共振现象,可为系泊状态内部液舱结构振动声辐射线谱特征控制与评估提供理论支撑。     

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.     

有限长半充液圆柱壳振动特性分析

  目的  基于有限元法对水平充液圆柱壳及其内部流体的自由振动和强迫振动特性进行研究。  方法  其结构与内部流体分别采用壳单元、声学单元模拟;通过对流体声学单元施加重力加速度并标记自由液面,以模拟流体小幅晃动。计算液体晃荡频率以及壳体振动频率,并与文献的结果进行对比,验证求解方法的正确性。探讨结构参数、自由液面高度等参数对耦合系统振动特性的影响规律。  结果  结果表明：流体固有频率分为高频和低频2个部分,低频部分为自由液面的自然晃动频率。壳体厚度越小,结构耦合频率越低,自由液面的自然晃动频率越低;随着厚度的增加,自然晃动频率趋近于刚性边界时的值。液深越大,结构耦合频率越低,自然晃动频率越大;当结构频率很低时,自由液面晃动效应对耦合系统响应的影响变得明显。  结论  研究结果对于充液圆柱壳的振动特性具有一定的参考价值。     

有限长半充液圆柱壳振动特性分析

基于能量泛函变分原理,研究有限长半充液圆柱壳自由振动特性和受迫振动特性。壳体各向位移采用三角级数与傅立叶级数的组合形式,利用三角级数与傅立叶级数的正交性,在变分后可消去其他2个方向的位移,只保留径向位移。通过对固液耦合接触面连续条件的正交化处理以及自由液面边界条件,可建立流体载荷幅值与径向位移幅值的关系,最终得到流固耦合控制方程。结果对比表明,能量泛函变分方法正确、有效,可为求解半充液圆柱壳固液耦合振动问题提供新的思路。     

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。     

环向加肋对充液圆柱壳振动特性的影响分析

文章研究了环向加肋对充液圆柱壳耦合振动的影响。基于Love壳体理论,考虑壳体内部完全充液,采用波动法建立充液环肋圆柱壳耦合振动的频率特征方程,得到了不同边界条件下的耦合频率值。通过与已有文献数据对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。最后通过算例,分析了环肋参数对充液圆柱壳结构耦合振动的影响。结果表明,肋骨尺寸、数目的增加,对充液圆柱壳振动频率的提升影响明显,而内、外加肋形式所产生的影响则相对有限;肋骨对频率的影响主要表现在周向波数较大时;肋骨高度变化对耦合振动频率的影响更明显。     

环向加肋充液圆柱壳的振动分析

分析中空和充液加肋圆柱壳的自由振动特性，基于Love壳体理论，列出了中空圆柱壳和考虑充液耦合下的振动微分方程，对于两端简支的边界条件，推导出关于中空和充液圆柱壳的频率的特征方程。用代数方程求解公式从而得到方程的解析解；详细讨论了加肋形式、充液对圆柱壳振动特性的影响。     

考虑流体静压时充液圆柱壳的输入能量流特性

研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的受迫振动能量流的影响。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Fliigge方程和Helmholtz波动方程。分析了耦合系统在周向线分布余弦载荷下的动态响应.用傅立叶变换和反变换实现空间域与波数域之间的相互转换,采用留数定理求取系统的响应并得到耦合系统的输入能量流。结果表明,周向模态数n=0时,静压力对耦合系统的输入能量流影响很小;n较大时,在中低频下静压力使输入能量流曲线沿频率轴右移,由于输入能量流的的峰值点处的频率对应于频散曲线中各支传播波的截止频率,对应传播波的截止频率升高,高频时则基本无影响。随着静压力以及周向模态数的增大,输入能量流受到的影响程度也增大。     

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。     

浸没圆柱壳低频自振频率计算中流固与声固耦合模型统一性分析

流固耦合与声固耦合模型是分析流场中圆柱壳自振特性的常用理论模型。现有的研究表明,基于这2种理论模型的流场中圆柱壳低频自振特性计算结果吻合较好,但尚未有关于二者本质联系方面的研究。分别基于这2种理论模型求解浸没圆柱壳的自由振动,基于圆柱壳自由振动的Flügge方程进行相关公式的推导,并提出利用Galerkin法求解特征方程的方法。结果显示,采用该方法既可求得各阶模态固有频率的精确解,又能显著提高运算效率。对2种理论模型进行统一性分析,从贝塞尔函数的性质出发,证实流固与声固耦合模型虽然是基于不同的理论基础,但在求解浸没圆柱壳低频自振特性上其本质上是一致的,且通过算例的对比,证明2种模型在低频段计算结果吻合较好。     

弹性边界刚度对充液圆柱壳耦合频率的影响分析

研究了弹性边界刚度对充液圆柱壳的振动特性影响。基于Flügge理论并考虑流体的影响,根据波动法建立弹性边界条件下充液圆柱壳的耦合振动特征方程,采用一种改进傅里叶级数的计算方法得到弹性边界条件下的轴向波数,将求得的轴向波数代入耦合方程并利用牛顿迭代法求解方程得到耦合频率。通过与两种边界条件下充液圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。通过算例,分析了在边界约束刚度变化过程中,充液圆柱壳的耦合频率在不同轴向波数、壳体尺寸等因素下的变化规律。     

环向加肋对充液圆柱壳振动特性的影响分析（英文）

文章研究了环向加肋对充液圆柱壳耦合振动的影响。基于Love壳体理论,考虑壳体内部完全充液,采用波动法建立充液环肋圆柱壳耦合振动的频率特征方程,得到了不同边界条件下的耦合频率值。通过与已有文献数据对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。最后通过算例,分析了环肋参数对充液圆柱壳结构耦合振动的影响。结果表明,肋骨尺寸、数目的增加,对充液圆柱壳振动频率的提升影响明显,而内、外加肋形式所产生的影响则相对有限;肋骨对频率的影响主要表现在周向波数较大时;肋骨高度变化对耦合振动频率的影响更明显。     

充液圆柱管壳中振动波的频散特性

本文对充液圆柱壳中低阶和高阶周向模态结构振动波的频散特性进行了研究,得到了相应的频率曲线,分析了自由振动波的性质及其随频率变化的规律。结果表明：在低阶周向模态时,第一道传播波的起始频率从零频率开始;当周向模态阶数大时,第一道传播波的起始频率不在零频率。低阶周向模态最多只会有一道误差驻波,在环频率以上,有、无误差驻波的频域相间隔出现。随着周向模态阶数的提高,在低频和高频区域都会出身两道衰减驻波的情况     

自由液面对水下圆柱壳声振特性的影响

采用虚拟质量法计算水下圆柱壳的表面振速,结合半空间声学边界元法计算水下有限长圆柱壳的辐射声压,分析在不同浸没深度下辐射声压的变化。研究发现:浸深达几倍半径后,自由液面对水下圆柱壳振动的影响可以忽略,而自由液面对声压的影响不能忽略;声压在水深方向呈现规律波动和单调衰减现象,而在水平方向存在声压衰减率转折点,其位置与浸深相关,几乎不受频率影响;转折点之后声压逐渐表现出发散式波动,波动剧烈程度与频率和浸深成正比。用声学偶极子的辐射叠加原理解释研究现象的产生机理,结果可为工程应用提供理论参考。     

带框架肋骨圆柱壳振动特性分析

  目的  为丰富有限水域试验场声传播特性的系列研究,开展沉积层面貌和温度主导的声速变化对试验近场、远场传播损失的影响特性分析。  方法  采用Matlab和VB共同编程软件AcTUP,基于FFP的数值计算方法,仿真计算不同沉积层凹陷形状、凹陷大小、凹陷数量、凹陷分布、斜坡类型、斜坡角度和温度主导声速变化的传播损失曲线。  结果  结果表明：沉积层面貌对试验场声传播特性影响较小,排除了天然有限水域沉积层凹陷未知的面貌对大型复杂船舶与海洋结构物声学试验的影响;温度主导的声速变化对试验场近场的声传播特性影响较小,对远场的传播损失较大,总体上,远场传播损失是随声速的增加而增大。  结论  该研究结果可为在有限水域试验场中进行声学试验提供参考。     

加筋圆柱壳与圆锥壳屈曲特性样条元分析

本文用样条元分析加筋圆柱壳体和圆锥壳体在静水压下的屈曲特性,利用样条函数的数学性质导出结构屈曲特性分析的各步长矩阵,将等步长样条元推广为变步长,计算了加筋圆柱壳体和圆锥壳体在小变形和大变形情况下的屈曲值。讨论了纵向尺寸和间距变化对其屈曲压力的影响,并与其它经典算法进行了比较。     

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.     

双层圆柱壳的抗冲击特性研究

为提高水下航行器的隐身性能,通常在其表面敷设各种声学覆盖层,由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该结构形式在受到爆炸冲击波作用时,腔体将产生变形并吸收能量,从而改善水下航行器的抗冲击性能.文章基于ABAQUS软件,研究了敷设声学覆盖层的加筋双层圆柱壳结构的冲击特性,得到了敷设声学覆盖层的双层圆柱壳结构的抗冲击性能随声学覆盖层敷设方式及其结构形式的变化规律;并在此基础上,给出了兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议.     

部分浸没悬臂平板的声振特性

研究水下结构的声辐射问题时,流体声介质通常被假设为无限域,然而对于大部分水面海洋结构物,则是部分浸没在水中,自由液面的作用不可忽略。通过构造反对称边界条件来考虑自由液面的影响,采用有限元法结合间接边界元法研究水中部分浸没悬臂平板的振动和声辐射特性。首先,计算悬臂平板在不同浸没深度下的固有频率和模态振型,并与已有文献的算例进行对比分析,验证该方法的正确性;然后,对半浸没悬臂板的声辐射特性进行计算,并讨论载荷位置和浸没深度对平板声振特性的影响。研究表明:平板在水中的固有频率随着浸没深度的增加而降低;载荷位置对平板辐射声功率级有影响且和频率有关;平板辐射声功率是随着浸没深度的增加而增大,低频段辐射声功率曲线的峰值随着深度的增大有向低频移动的趋势。