基于速度场重构的双层圆柱壳体振动传递特性试验研究

从双层圆柱壳体表面速度场实时重构方法出发,通过带浮筏减振设备的大型双层壳体实验舱段模型振动试验,研究了壳体在变工况水泵、电机和大功率激振机各种典型激励下壳体振动传递路径和传递规律。试验分析结果为指导双层圆柱壳体速度场重构模型的建立、测点位置的布置以及主要激励源的选择提供一定的理论指导。     

双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析

为了实现水下双层圆柱壳体噪声源及传递路径的识别、量化,建立了水下结构振-声传递路径分析（TPA）模型,模型借助互谱技术、平均技术及加窗来进行频响函数估计,并结合正则化方法改善频响函数矩阵求逆的病态问题。进行了双层圆柱壳体水下振动-声辐射试验,实现噪声与结构振动数据的同时基采集。编制TPA程序计算得到合成噪声响应与实测结果吻合很好,利用频谱贡献云图及数据对比的方式分析了传递路径对壳外目标点噪声的贡献,结果与分布运转法所得一致,进而从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。可见,建立的水下双层圆柱壳体结构振-声TPA方法可以有效地识别、量化主要噪声源和噪声的传递路径,并且能够指导水下噪声实时预报和采取针对性的减振降噪措施。     

夹层充液的双层加肋壳体的振动模态分析

基于流体的波动方程和结构的动力方程,利用有限元方法研究了考虑流固耦合时的双层加肋圆柱壳体的振动特性。论文计算了充液夹层圆柱壳体在加肋和不加肋两种情况下的结构模态,分析了影响结构振动的主要因素,为进一步开展水下航行器的研究提供了一定的依据。     

流体绕流不同方向振动圆柱换热特性数值分析

基于Fluent动网格及UDF编程技术对二维流场中振动圆柱的换热特性进行了研究,分析了来流速度及圆柱振动方向对其换热特性的影响。数值计算结果表明,相比于静止圆柱换热,当圆柱的最大振动速度远大于来流速度时,其振动强化传热效果显著;随着流速的增大,振动圆柱的强化传热效果降低,当流速为圆柱最大振动速度的4倍时,圆柱传热效果仅增强1.2%。另外,对相等流速下的圆柱沿不同方向的振动换热特性研究表明,振动方向对圆柱强化换热的影响不显著。     

无限长双层加肋圆柱壳水下声辐射解析计算

建立了无限长双层加肋圆柱壳水下声辐射解析计算方法,计算模型采用了Donnell壳体理论,考虑环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳径向反作用力,利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了这种计算模型的声弹耦合控制方程.文中推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式,利用稳相法得到远场辐射声压.计算表明,实肋板和舷间水都是重要的声传递通道,在双层圆柱壳水下声辐射计算时必须考虑实肋板和舷间水的振动传递,双层圆柱壳水下声辐射对结构参数(壳板厚度、舷间距离等)变化不敏感.     

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。     

受压带肋圆柱壳体固有振动频率和稳定性计算

论述了丧失舱段总稳定性是潜艇耐压壳体在深潜时的主要破坏模式。，并将振动屈曲理论应用于潜艇耐压过 稳定性的研究，在Ｄｏｎｅｌｌ公式的基础上，导出了带肋圆柱本的整体固有振动频率与壳体所受外界水压之间的关系表达式，据此解出带肋圆柱壳体整体失稳的理论压力值。最后，将公式的计算结果、实验结果和有限元法的计算结果进行了比较，提出了几点结论。     

不同参数下的单、双层圆柱壳体速度场研究

研究圆柱壳体表面速度场的重构：疗法对潜艇水下辐射噪声的预报具有重要的意义。采用了分区段重构轻外壳速度场的思想，在此基础上建立无限流体中的有限长单、双层加肋圆柱壳模型，分析了壳体表面速度场随不同结构参数的变化规律，并对单、双层圆柱壳体，以及双层圆柱壳体内、外壳的振动响应性能作了一定的比较。得到了单区段壳体长度的选取、模型刚度特性以及不同频段内壳体间耦合作用等对壳体速度场的影响，为研究潜艇轻外壳速度场重构方法提供了理论依据。     

基于QPSO的水下加肋圆柱壳体噪声优化设计

提出了厚度分布沿轴向周期变化的加肋圆柱壳体有限元矩阵的快速导出算法,并结合边界元法对圆柱壳体在水下受力振动与声辐射进行预报。在此基础上,以低频段内总声辐射功率最小为优化目标,采用量子粒子群算法对厚度沿轴向周期分布的加肋圆柱壳体进行优化设计。数值仿真结果表明,该算法对水下加肋圆柱壳体的噪声优化设计分析周期有明显的改善,合理配置圆柱壳体的厚度分布可以有效的改善圆柱壳体在水下的噪声性能。     

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。     

两端用圆板封口的环肋柱壳振动声辐射性能分析

研究两端用圆板封口的环肋圆柱壳结构在流场中的振动声辐射特性,着重分析了由环肋圆柱壳和端部圆板所围空腔的内部声场对整个系统结构振动和声辐射的影响.基于扩展的Rayleigh-Ritz法,利用Hamilton变分原理推导出圆柱壳与圆板的耦合振动方程.考虑了静水压力的影响,环肋圆柱壳与端部圆板之间采用二自由度弹簧模拟弹性连接的等效刚度.环肋圆柱壳声辐射的研究中,用Helmholtz波动方程和流固交界面上的速度相容条件求得壳体表面辐射声压的表达式,该表达式对有限长圆柱壳进行Fourier积分变换得到壳体外表面辐射声压的解;用Green函数法来求解环肋圆柱壳和端板所围空腔的内部压力场.     

具有内部平面板架的环肋柱壳耦合振动性能分析

利用有限元软件ANSYS对具有内部平面板架的环肋柱壳进行振动性能分析，计算了空气中、水中和静水压力作用下结构的固有频率和固有模态，讨论了减振器弹簧刚度的变化对结构耦合振动的影响。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

波传播法求解低频激励下水中加端板圆柱壳的振动

采用波传播法研究了低频下水中壳体的振动与响应。水中壳体由有限长加流体载荷的圆柱壳和两端的圆形端板组成,其中外部流体载荷用无限长模型进行近似处理。为了模拟推动系统的激励及船体上某一点激励,分别考虑了不同位置的轴向载荷和径向载荷,讨论了单个周向模态下的位移在总位移中的比重。主要研究了4种载荷,即作用在端板中心的轴对称载荷、作用在端板与圆柱连接处的轴向载荷、作用在连接处的径向载荷和作用在壳体中间的径向载荷,比较得出了轴对称和非轴对称、同一点不同方向载荷、同一方向不同位置载荷的响应位移的不同。此外,还研究了两端端板对不同载荷下水中壳体响应的影响,得出了端板主要抑制了壳体的较高阶模态下径向位移的结论。解析法结果与有限元法结果进行了比较,验证了该方法的正确性。     

柱形空气衬垫振动传递特性的试验研究

目的 研究柱形空气衬垫的振动传递特性,以获取振动传递率曲线。方法 在频率为3~100 Hz区间对柱形空气衬垫和确定载荷质量形成的振动系统进行正弦扫频振动试验,分析初始内压和厚度对其振动传递特性的影响规律。结果 初始内压对空气衬垫的隔振能力没有显著影响,3种初始内压下振动系统的共振频率均在35 Hz左右,传递率峰值集中在11左右。当厚度增大时,共振频率和传递率峰值同时减小,空气衬垫隔振能力增强。结论 在满足缓冲性能的前提下,选择合适的初始内压,以及采用多层空气衬垫可显著提高其隔振能力。研究结果可为柱形空气衬垫的缓冲隔振包装设计提供基本依据。     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

水下冲击载荷用下复合材料圆柱壳的弹性响应

研究了平面阶跃冲击波作用下沉浸无限长复合材料圆柱壳的瞬态响应。首先推导了基于Flugge薄壳理论的复合材料圆柱壳的控制运动方程,然后采用反射尾流虚源法建立流体-结构的相互作用,最后采用有限差分法来求解平面冲击波作用下无限长复合材料圆柱壳的控制运动微分方程。详细考察了复合材料纤维方向和壳的半径对复合材料圆柱壳的无因次中面应变、第0阶模态径向位移和第1阶模态径向速度的影响。     

圆柱壳中结构振动波的传播特性

计算了圆柱壳中低阶和高阶周向模态结构振动波的频散结果，得到了相应的频散曲线。着重分析了近场波和衰减驻波的性质及其随频率变化的规律，结果表明：纵向伸缩近场波和扭转近场波都不具有通常意义上的纵向伸缩和扭转的性质，弯曲近场波则具有通常意义上弯曲性质；衰减驻波大体上是弯曲性质的驻波。文中把低阶和高阶周向模态情况下波的频散规律也作了比较。     

受约束的圆柱壳的振动分析

本文提出的解析法可对具有任意经典边界条件和在两端间具有若干约束的圆柱壳的自振特性进行计算。文中将亮体轴向模态位移用完备正交级数表示,然后将壳体振型函数分解为一个一致收敛级数迭加上另一线性多项式,从而解决了振型级数的收敛性和可微性。这样处理比stokes变换方法更具有一般性,不但可以得到受约束的圆柱壳固有频率的精确值,而且可以求得相应的振型。