加肋圆柱壳结构的FE-IE算法网格尺度划分原则

为了研究结构有限元耦合流体无限元算法的网格尺度划分原则,提出有限元-无限元算法中结构湿表面的网格尺度划分原则。数值计算结果表明,对加肋圆柱壳而言,在保证一个肋骨间距至少有2个有限元单元的前提下,将结构主振型弯曲波波长作为有限元-无限元算法中结构湿表面网格尺度划分的参考标准是可行的,即保证一个主振型分量波长内至少有6个有限元单元。提出以结构主振型分量的弯曲波波长(而不是最短的结构波长)作为有限元-无限元算法中网格尺度划分的参考标准,所得结论对于有限元-无限元算法中结构湿表面的网格划分以及控制内域流体有限元数量均具有十分重要的参考意义。     

纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对具有不同数量纵桁的加筋环肋圆柱壳水下振动与声辐射噪声进行了数值计算,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析,讨论了纵桁的数量对圆柱壳水下振动与声辐射的影响.结果表明:纵桁对圆柱壳水下的减振降噪有较好的效果,并且纵桁的数量越多,减振降噪效果越好,但增加纵桁的数量也相应增加了艇体的重量,在潜艇结构设计时须在降噪及艇体重量间综合权衡.     

环肋圆柱壳模型在水下爆炸响应试验中的边界条件

为验证试验研究中环肋圆柱壳模型的边界条件,运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN分别设置3种边界条件,对试验过程进行了数值仿真研究。壳体塑性变形的仿真过程显示,迎爆面中部首先变形,随后侧爆面和背爆面相继变形,壳体最终形成数个凸凹相间的轴向凹凸带,最大塑性变形发生在迎爆面中心肋位。壳体塑性变形的仿真计算结果与试验结果的对比结果表明:固支边界条件符合试验实际情况。该结论适用于试验研究中模型边界条件的确立。     

肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下声振特性的影响

采用结构有限元耦合流体边界元方法对不同肋骨、舱壁布置形式的圆柱壳的流固耦合响应进行了计算。通过波数谱方法,结合柱壳规则波的声辐射效率,对不同波数成分结构波的振动与声辐射进行了量化。运用等间距与不等间距结构振动理论揭示了肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下振动与声辐射特性产生影响的机理。研究发现:结构不等间距布置的圆柱壳水下振动特性整体上较优,但受壳体周向振动模式影响较大;结构不等间距布置的圆柱壳声辐射特性并不一定优于结构等间距布置的圆柱壳声辐射特性。     

带有损伤凹陷的环肋圆柱壳应力和稳定性分析

为探寻局部受损伤潜艇结构的承载能力,以出现较大损伤变形的环肋圆柱壳舱段结构为研究对象,涡形凹陷作为损伤变形的典型形状,运用MSC/NASTRAN软件计算了这种结构在静水外压作用下的应力分布和失稳临界压力。结果表明:带有损伤凹陷的环肋圆柱壳与完好状态环肋圆柱壳相比,最大应力值提高,失稳临界压力值下降,应力的改变对环肋圆柱壳承载能力的影响更大;相同凹陷幅度下,损伤凹陷中心在肋骨位置时,对圆柱壳应力状态和稳定性的影响最为恶劣。肋骨分别采用梁单元或壳单元两种建模方式时,得出的应力和失稳临界压力变化规律一致,采用梁单元建模得出的肋骨应力偏安全。     

圆柱壳振动声辐射Jacobi-Ritz时域半解析法及特性分析

针对圆柱壳结构瞬态声振特性分析研究不足,结合Newmark-β积分法和Kirchhoff时域边界积分方程,提出一种圆柱壳受迫振动声辐射Jacobi-Ritz时域半解析法。基于一阶剪切变形理论和微元法思想,建立了圆柱壳振动声辐射分析模型,采取Jacobi多项式和Fourier级数表示轴向和周向位移容许函数,基于Rayleigh-Ritz法和Newmark-β积分法计算圆柱壳的受迫振动时域响应,在此基础上,基于Kirchhoff积分方程求解辐射噪声时域响应,分析圆柱壳受迫振动声辐射特性。与有限元方法/边界元方法数值结果对比表明,该方法具备收敛性好、精度高等优点,圆柱壳结构声振响应峰值随边界条件的刚度变弱存在左移现象,振动声辐射响应随厚度的增加呈现下降趋势;当随机载荷峰值频率与结构固有频率接近时,结构声振响应出现强特征线谱。     

圆柱壳在轴向压力作用下的稳定性和振动特性

利用Hamilton原理得出轴向压力作用下圆柱壳位移增量的动力学方程,推导了方程的解析解。通过数值计算,分析了轴向压力作用下圆柱壳的临界屈曲压力随壳体长度变化的曲线,讨论了壳体几何参数(L,h)变化和轴向力幅值变化对振动频率影响的变化曲线。数值计算结果表明,圆柱壳的临界屈曲压力与失稳模态紧密相关;圆柱壳的自振频率随壳体的长度增加而下降,随壳体的厚度增加而提高;圆柱壳的自振频率和最低频率随轴向压力的增大而下降。     

去耦瓦敷设方式对双层壳声振动的影响

文中对有限长敷设隔声去耦材料的加筋双层圆柱壳进行了振动和声辐射试验,测量了壳体的结构响应和水中的辐射声压,对内外壳全部敷设、内壳全部敷设、外壳全部敷设以及外壳部分敷设隔声去耦材料四种敷设方式进行了对比。结果表明,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,而且部分敷设隔声去耦材料对水下航行器敷设隔声材料的位置选择具有一定的参考价值。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。     

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壳体稳定性的研究 ,在 Donell公式的基础上 ,导出了带肋圆柱壳体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比较 ,得出几点结论 .     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声,在其外壳上敷设气囊,形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计,将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗,分析了气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时低频声辐射的影响机理。分析表明,声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算了气囊圆柱壳的水下声辐射,结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

结构参数改变对舱壁结构振动影响的研究

舱壁结构是否合理直接影响到舱壁甚至整个潜艇的振动性能,为得到合适的舱壁结构参数,分别以舱壁板厚度、骨材数量、骨材截面大小为变化参数,以振动的均方法向速度为衡量振动优劣的标准,得到不同参数对应的舱壁振动的均方法向速度频响曲线,分析了振动随激振力频率、激振力作用方向、舱壁结构参数的变化规律,并以此为依据,设计了合理的结构形式和结构参数,得到了振动性能良好的舱壁。     

加肋凹锥-环-柱结合壳结构参数分析

采用分区样条等参元法,分析了加肋凹锥 环 柱结合壳的应力和稳定性特点,研究了各项结构参数变化对结合壳应力和稳定性的影响,认为加肋凹锥 环 柱结合壳能有效降低锥柱结合部的纵向弯曲应力,但对于降低环向应力效果有限,建议在环壳段中部增加一档肋骨;半锥角的凹结合壳越大,嵌入环壳段的优势越明显;增大环壳与柱壳半径比可以有效降低环壳段中部的纵向弯曲应力.     

水下爆炸载荷作用下受损加肋圆柱壳的剩余屈曲强度计算

研究了在水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的屈曲.结合DYTRAN软件和NASTRAN软件计算了水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的剩余屈曲强度,并且提出了一种结合上述两种软件计算加肋圆柱壳的剩余屈曲强度的方法.数值计算表明,预测结果与实验结果吻合较好.     

壳间声桥刚度对双层圆柱壳声振耦合特性的影响

考虑实肋板的面内振动,建立了通过声桥耦合的双层圆柱壳声振模型,计算了双层圆柱壳在不同壳间连接刚度下的振声性能,分析了壳间声桥刚度对双层壳声振耦合特性的影响,得出了声桥耦合特性的主要控制频带.结果表明:壳间声桥刚度直接影响双层壳耦合方式;当实肋板刚度较大时,在低频,水层的耦合作用表现略强,在较高的频率范围,实肋板的耦合作用要大得多;当实肋板刚度较小,尤其是接近壳间流体的等效刚度时,壳间流体耦合作用较强,是主要的声传递通道,壳体辐射声功率较小,对减振降噪有利.在保证壳体刚度的情况下,尽量减小壳间连接刚度可有效降低壳体辐射噪声.     

圆柱壳的力辐射模态分析与噪声控制

为了能定量优化设备激振力布置,基于结构有限元耦合流体边界元法给出了力辐射模态的计算方法,分析了圆柱壳结构的力辐射模态特性。根据分析结果提出了对圆柱壳辐射噪声进行控制所需的激振力控制原则,并采用数值预报的方法证实了该原则的有效性。     

关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究

运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN数值模拟了水下爆炸冲击波载荷作用下自由环肋圆柱壳的非线性动态响应.采用一般耦合算法(generalcoupling)模拟流体与结构的耦合效应,计算中考虑了材料的应变率强化效应,几何非线性的影响,分析了空穴现象的产生和二次加载对结构响应的影响.仿真结果表明,相同工况和厚度下的无限自由平板和自由环肋圆柱壳,后者的空化时间比前者长,而壳体运动的最大速度后者比前者低.     

弹性贮液圆柱壳的动力特性分析

文中论述了一种贮液圆柱壳动力特性的分析计算方法,分析了弹性壳和液体之间的相互耦合作用。假设贮液满足速度势理论,对于圆柱空壳采用有限元法计算其动能和应变能。采用这种方法,节点未知数数目远小于壳体和液体部分都采用有限元法时的节点未知数数目。     

环肋轴对称组合壳塑性极限分析的弹性模量调整有限元方法

基于轴对称截锥壳单元,以单元横截面峰值应力为等效应力,建立了弹性模量调整有限元方法,应用Fortran语言编制了有限元软件用于计算环肋轴对称组合壳的塑性极限载荷.该方法根据组合壳的应力分布情况调整轴对称壳单元和肋骨单元的弹性模量,并进行一系列的弹性迭代计算,计算收敛后即可以得到环肋轴对称组合壳的塑性极限载荷.通过对算例的计算证明:该方法具有良好的收敛性和较高的效率,计算结果与试验结果吻合较好.