多加筋圆柱壳体振动特性的导纳法研究

弹性多加筋圆柱壳体由于其结构的特点，广泛应用于工程实际，因此对其进行振动研究具有重要的工程价值和应用意义。文章利用薄板和梁的导纳公式推导了多加筋圆柱壳体在任意位置简谐力激励下的弯曲振动响应，并对特定参数的多加筋圆柱壳体的振动能量分布进行了数值仿真，结果表明振动能量在加筋处呈现急剧衰减。还对不加筋圆柱壳以及加不同数目筋的圆柱壳的振动响应进行了对比，得到了加筋和加不同叛目的筋对结构振动能量分布和传播的影响。     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。     

一端周向激励的圆柱壳声辐射特性研究

针对一端受周向均布激励的圆柱壳建立了新的理论模型,结合线激励下平板的有效传递导纳理论对圆柱壳表面的振动响应及声辐射功率进行仿真计算和分析,结果表明一端受均布激励作用的圆柱壳表面的声辐射功率在中低频段随频率的增大而增加,在临界频率处出现较大的波动,在环频处达到最大值,之后仍有较小波动并略有下降。实验测量结果证明了理论模型的有效性。     

壳间连接形式对双层壳声辐射性能的影响

研究流场中受径向点激励的有限长双层圆柱壳壳间用实肋板连接或用托板连接对其振动和声辐射性能的影响。壳体的振动用Flügge壳体方程描述,将加强构件等价为对内外壳体的支持力,实肋板作用可以等价为周向、轴向和径向三个方向的力和轴向弯矩作用到壳体上。托板近似简化为拉压杆件进行计算,并推导了托板的动反力公式,然后将其引入壳体振动方程,最后求解双壳体声-流体-结构耦合方程,计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。在数值分析部分,讨论了壳间连接型式变化对双层圆柱壳的声辐射性能的影响,分析了托板和实肋板的差别。得出结论:壳间连接越紧密,对应的双层加筋圆柱壳的辐射声功率越高。     

双层圆柱壳振动传递及近场声辐射特性研究

水下加筋圆柱壳体振动和声辐射是近年来研究的一个热点问题。文章从实验和数值计算两个方面,对水下加筋双层圆柱壳的振动传递及声辐射进行了研究。实验模型表面敷设了隔声去耦材料,分为四种工况:双壳全敷设、内全敷设、外全敷设、外部分敷设,对单频激振时内外壳体间的振动传递以及各工况下的近场声压进行了分析。结果表明,托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射最有效。为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了复合托板结构,即在托板上添加方钢结构,并对含复合托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究,表明方钢在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射。     

复杂激励下有限长薄壁圆柱壳体导纳研究

导纳是衡量结构动态特性的重要指标，任何结构的振动响应特性本质上都可以用结构表面各点的导纳来表示。从经典的薄壁壳体振动方程出发，推导出有限长薄壁圆柱壳体在复杂激励下的驱动点导纳解析表达式，并对控制壳体振动响应的潜在机理进行了研究。结果发现，耦合导纳对输入壳体的振动能量可能起着重要作用。所给出的薄壁圆柱壳体导纳公式，可直接用于薄壁壳体基础上的主被动隔振研究。     

两端剪力薄膜支撑圆柱壳体的点导纳特性

针对两端剪力薄膜支撑各向同性圆柱壳体的动力响应问题,基于多种经典薄壳理论及模态叠加原理,考虑到非径向振动惯性项的贡献,同时计入正余弦模态的响应,推导了圆柱壳体同时受简谐集中力与力矩激励下的力导纳、力矩导纳以及耦合导纳的完整解析表达式。算例表明,圆柱壳体运动方程中的非径向振动惯性项对各阶模态及导纳幅频的预估精度影响显著;耦合导纳实部具有可负性规律,对输入壳体的振动能量起着重要作用。旨在为两端剪力薄膜支撑圆柱壳体结构的减振降噪和以其为支承基础的主被动隔振系统的设计提供理论指导。     

多点激励下加筋板壳耦合结构的振动特性

该文基于改进的子结构线导纳方法,建立了多点激励下加筋板壳耦合结构的振动模型。首先对理论模型采用ANSYS进行了验证;进而使用该模型分析了多点激励的分布方向和位置对结构振动响应的影响。研究表明:当激励源的总幅值恒定时,多点激励下从铺板传递到壳体的振动响应小于单点激励的情况;将多点激励沿垂直于板壳衔接线方向分布且位于铺板的中心线上,可以有效地降低从铺板传递到壳体的振动响应。实际工程中,对于激励源恒定的机械设备,应采用多点方式将其沿垂直于铺板与壳体衔接线的方向安装在铺板的中心线上,以提高系统的声学性能。     

基于相似理论对水下复杂壳体的振动和声辐射预报

采用有限元和球函数相结合的方法，建立水下复杂壳体——两端带半球壳的加肋弹性圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射方程，运用方程分析法，导出水下复杂壳体的振动、耦合振动和声辐射的相似关系，根据建立的相似关系实现对壳体的振动响应和声辐射的预报。采用大型有限元软件ANSYS对具有相似关系的模型和原型的振动响应和尸场进行分析，算例表明，方法切实可行并且为预报水下大型复杂结构体的振动响应和耦合声场提供了一种简洁、实用的研究方法。     

水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献;将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组,分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系;以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明,低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时,仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献;同一周向振动模态下轴向为奇(偶)振动模态组产生的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶(奇)声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。     

壳间连接介质对双层壳声辐射性能的影响

研究了不同壳间连接介质的加筋双层壳的振动声辐射特性.基于Flügge壳体理论和Helmholtz波动方程,求解了双壳体声-流体-结构耦合方程,计算了有限长双层壳体在径向点激励下的声功率和振动速度级.结果表明,水层的耦合作用随频率的增高而降低,托板的耦合作用随频率的增高而增加,托板在内、外壳的振动传递中起着较大的作用.为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了阻尼托板结构,即在托板上添加阻尼材料,对含阻尼托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究.结果表明,在中高频段,阻尼有效抑制了振动能量的传递,壳体的辐射声压明显降低,这对水下结构的减振降噪设计具有重要的参考意义.     

加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计

为研究全频段加筋圆柱壳声辐射特性,基于VA-ONE建立FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法低中高全频段的计算模型,并进行加筋圆柱壳辐射声功率的计算,从结构固有模态角度研究了各阶模态的声辐射效率。结果表明,加筋能够减小圆柱壳结构的总体辐射声功率,尤其可以减小低频段的辐射声功率;在中低频区,各阶模态的模态辐射效率具有较大差异,在中高频区,则相差不大。进一步研究了激励位置、壳厚、材质及辐射介质对加筋圆柱壳声辐射特性的影响。为减小加筋圆柱壳对外场点的辐射声功率,基于NCT模块及Design Optimization模块进行声学优化设计,结果表明,将GA算法与SQP算法或MMA算法组合使用不仅可以减少运算时间,而且可以获得较好的优化方案。     

水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素研究

本文以水中有限长纵向加肋圆柱壳体为研究对象,推导了水中有限长纵向加肋圆柱壳体的声固耦合振动方程,其中纵向肋骨的作用表现为在基本圆柱壳体声固耦合振动方程中增加相应的附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体机械阻抗、辐射阻抗和纵向肋骨附加阻抗决定。通过数值仿真算例对外力激励下有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素进行了研究。结果表明纵向加肋对水中圆柱壳体的辐射声功率影响不大,但壳体表面平均振动速度明显降低,而材料损耗因子对几乎所有频段内水中圆柱壳体的辐射声功率和表面平均振动速度都有明显抑制作用。     

非均匀加筋圆柱薄壳圆截面内振动的径向模态机械阻抗分析

提出圆柱薄壳的圆截面内运动假设,从声学角度将环肋对壳体的作用等效为径向作用力,根据Hamilton原理建立了简支非均匀加筋圆柱壳的振动控制方程,利用驻波形式解对其径向模态机械阻抗进行了研究。分析表明:对于加筋圆柱壳,环肋与圆柱薄壳的径向模态机械阻抗具有串联连接方式,通过调整环肋的几何参数增大环肋自身的径向模态机械阻抗,可以达到壳体减振降噪的目的,并指出了利用环肋的反共振特性进行加筋圆柱壳结构减振的设计方向。     

复合材料夹芯圆柱壳水下振动和声辐射的三维弹性解

为获得复合材料夹芯圆柱壳的振动声辐射准确解,在厚度方向将壳体分成若干薄层,基于三维弹性理论和状态空间技术,对每一薄层建立状态空间方程,并结合位移和应力连续条件,建立横向位移和应力的传递矩阵。外表面的流体载荷和内表面的点激励通过傅里叶级数展开,并代入状态空间方程,获得了复合材料圆柱壳水下振动和声辐射的弹性准确解。应用具体算例,与有限元仿真和文献计算结果对比。结果表明,本文的三维弹性理论相较于近似的二维壳体理论更加准确。进一步研究了铺层角、表层和芯材厚度分布及材料损耗因子对振动声辐射的影响。计算结果表明,在环频率以下的频段,声功率峰值点数目随铺层角度增加呈“抛物线”型变化趋势;在环频率以上的中高频段,随着铺层角度增加,声功率峰值点数目呈先增加后趋于平缓然后继续增加的趋势。随着芯材损耗因子的增加,声功率峰值逐步降低,但下降幅度减小。      

高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于传递矩阵法研究了不同边界条件下高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性。首先,基于Love 壳体理论,考虑离心力、科氏力和惯性力的影响,建立了旋转态薄壁圆柱壳的振动微分方程;然后,引入传递矩阵方法,根据壳体子段间的状态向量表达式,推导了结构的整体传递矩阵;最后,通过高精度的精细积分法进行求解,得到了两端简支、两端固支和固支-自由边界条件下的共振特性。算例结果表明,传递矩阵方法适合于求解高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性,在三种边界条件下以周向模态的振动为主;在工作转速和1倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振转速点仅有一个,而在其它倍频激振下的共振转速点不在安全裕值范围内。