短周期PN序列水声直扩系统抗单频干扰能力的变化规律与试验验证

对无法定量分析短周期PN序列直扩系统抗单频干扰性能的问题,首先通过理论推导得到单频干扰经相关处理产生的干扰分量;然后,结合直扩系统对单频干扰的处理增益,针对水声系统扩频序列周期较短的现实情况,提出了周期性PN序列水声直扩系统抗单频干扰性能定量分析的理论表达式;最后,通过仿真和试验验证了理论表达式的正确性。结果表明:单频干扰经相关处理后得到的干扰序列呈直流或正弦分布;单频干扰对系统误码率的影响与信干比、干扰频偏、相位偏差以及扩频码本身结构有关,误码率随干扰相位偏差变化呈周期分布;在干扰频偏值为整数倍码元带宽的所有工况中,频偏为一倍码元带宽的单频干扰对系统影响最大;简明的理论表达式,对快速预报现实短码水声系统抗单频干扰性能的变化规律具有重要意义。

大肋骨间距不规则布置对圆柱壳振动传递控制作用研究

用大肋骨把长圆柱壳分成多个小段,并且每个小段的长度分布是非周期的,控制加肋圆柱壳振动的传递。采用有限元法,计算加肋圆柱壳的振动场,采用波数分析法,将加肋圆柱壳的径向振动场分解为具有不同周向振动模式的系列行进波的叠加,将各周向振动模式下不同通频带的振动等效为耦合振子链的振动,耦合振子链的固有频率、耦合系数由通频带的带宽和起始频率确定,耦合振子链的对地刚度方差由非周期圆柱壳结构的不规则程度等参数确定,用耦合振子链系统的振动能量衰减率公式计算圆柱壳振动能量衰减率,研究振动衰减规律和特性。结果表明,采用大肋骨将长圆柱壳分成多个长度随机分布的小段圆柱壳可以控制振源振动沿着圆柱壳的传递,达到减小圆柱壳振动目的。

以能力培养为导向的船体结构声学设计课程内容优化研究

船体结构声学设计课程包含结构声学设计基本理论和声学设计常用方法及应用实例,课程在人才培养工作中具有夯实基础、强化实践能力的重要作用。文章首先分析了船体结构声学设计课程与实船设计建造之间的关系、课程中实践内容所占的比例、课程对能力培养的要求,梳理了课程教学内容在逻辑性和衔接性、与能力培养对应映射关系、与船舶设计与实际建造过程的关联度等方面存在的问题,并以此为基础,从四个方面提出了以能力培养为导向的教学内容优化策略,以期为其他声学设计课程内容优化提供参考借鉴。

以能力培养为导向的“应用-理解-再应用理解”教学模式探索

研究生教育是培养高尖技术人才的主阵地,培养理论功底扎实、自学能力过硬和实践能力突出的高尖技术人才意义重大,也是当前院校研究生教育主要任务。文章针对船体结构隐身设计理论的特点和教学过程中存在的不足,以振动声辐射数值模拟技术为基础,提出“应用—理解—再应用理解”的舰船结构隐身设计理论教学模式,从“初步应用体验认知与问题发现”“理论本质探究与理解”和“再次应用验证与提高”三个阶段,详细阐述了该教学模式的具体组织实施方法。教学实践表明,使用该模式教学,学员对课程教学的满意度和实践应用能力均得到了较大程度的提高。

一种基于流固耦合问题的低频散射声场预报方法

提出了一种流固耦合作用下的低频散射声场预报方法。从边界积分方程出发,推导弹性散射中流固耦合方程,通过引入附加质量、附加阻尼、附加压力概念实现解耦。将弹性散射表述为纯刚性散射项与二次辐射项的叠加,建立了刚性散射与弹性散射的联系。与辐射问题不同,散射中流体对结构的作用不仅表现为附加质量和附加阻尼,还存在一个与结构响应无关的压力项,且该压力项是二次辐射项的激励源。采用Fortran编写了边界元算法程序,用DMAP语言实现与Nastran的对接,形成了完整的散射声场预报方法,通过与理论结果对比,验证了预报方法的正确性。圆柱壳散射的计算结果表明:低频散射时弹性不可忽略;圆柱壳厚度对弹性散射强度和指向性有明显影响;肋骨对柱壳散射的影响与振动形式有关,环肋骨对以弯曲模态为主的弹性散射影响很小。

涡流发生器对翼板结合部流噪声的控制机理研究

针对翼板结合部流噪声控制问题,设计7种不同高度和间距的涡流发生器方案,采用数值模拟和试验相结合的方法开展降噪效果研究。由于在水中直接开展涡流发生器降噪试验验证存在较大困难,先选取在空气中进行数值模拟和试验验证,以分析确定涡流发生器方案的可行性。以SUBOFF模型为研究对象,采用大涡模拟的数值方法,以空气中非定常流体计算流体力学计算结果作为声源项,开展声类比方程的求解,获取流噪声的结果。通过不同涡流发生器方案的比较,分析涡流发生器的高度、间距这两个主要参数对翼板结合部流噪声的主要源头—马蹄涡控制的效果,确定针对SUBOFF模型具有最佳降噪效果的涡流发生器方案,并在消声风洞中对模型进行试验验证。研究结果表明,所设计的涡流发生器方案降低翼板结合部流噪声具有可行性,为后续在水中开展进一步研究奠定了基础。

浮体与系泊系统的耦合动力分析

浮体与系泊系统的耦合动力分析对各种新型海洋平台和海洋结构物的应用具有重要意义。在浮体和系泊系统的时域耦合分析中,研究并提出了一种预报浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的分析技术。考虑瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立浮体的非线性运动方程并求解,其中,入射波力和静恢复力按瞬时物面条件计算,辐射力和绕射力按浮体在瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动来计算;考虑系泊缆索受到的非线性流体动力及大位移,采用三维弹性梁理论将缆索模型化,把缆索看作是等拉伸、等弯曲刚度的细长结构,并采用非线性有限元法对缆索的运动方程进行求解;将浮体的分析方法和系泊缆索的分析方法结合,建立了浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的耦合计算方法;对缆索,使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解;对耦合动力分析方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,并且合理排列和控制求解次序,这样大大提高了计算效率。对系泊浮体的固有周期、各种工况下大幅非线性运动、缆索张力等进行了计算,并进行对比研究,可以看出,该文的方法既适用于缆索小变形条件下,也适用于缆索大变形条件下浮体与系泊系统的耦合动力分析。

尾后轴承刚度对潜艇结构声辐射特性的影响

研究潜艇结构振动、声辐射特性随尾后轴承刚度改变的变化规律,对潜艇减振降噪具有十分重要的意义。从振源振动传递路径的声学设计的角度出发,以改变靠近螺旋桨的尾后轴承的刚度为具体措施,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究潜艇结构振动、辐射噪声谱峰频率和峰值的变化规律。从计算结果可以看出:在低频段,随着尾后轴承刚度的增大,谱峰频率明显向高频移动,第一峰值呈先减小后增大趋势,第二峰值呈明显增大趋势;尾后轴承刚度越小,除第一个谱峰频率附近的窄频带外,在整个计算频段范围内,振动和辐射噪声明显减小。因此,改变尾后轴承刚度,可以使谱峰频率向高频或低频移动,这样就能够使设备激振力的谱峰频率与结构振动及辐射噪声的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制;降低尾后轴承刚度,在一定频段范围内,能够明显降低潜艇振动和辐射噪声。

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。

系泊缆索的非线性动力响应计算

系泊缆索会受到非线性流体动力的作用,还会出现大的位移。采用三维弹性梁理论模型,把缆索看作是等拉伸刚度、等弯曲刚度的细长结构,采用非线性有限元法求解缆索的运动方程。用牛顿迭代法计算系泊缆索的静力平衡状态。对于缆索的动力响应方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,提高了计算效率;使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解。计算结果表明,该计算方法能较准确地描述系泊缆索的非线性特征,且适用于缆索大变形条件下的动力响应分析。

不等间距分舱结构声辐射特性研究

研究舱段结构振动、声辐射特性随分舱形式改变的变化规律,对潜艇结构声学优化设计具有十分重要的意义。从结构声学设计的角度出发,在保持相邻两个舱段总长度不变的情况下,调整两个舱段的长度,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度和辐射效率作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究整个结构振动和声辐射特性。在流体部分的计算中,采用网格重叠算法,以提高计算效率。通过调整分舱形式,在一定频段,改变了整个舱段结构振动声学传递函数的谱峰频率,降低了谱峰幅值,因此,可以通过改变分舱形式以改变舱段结构声学特性,使设备激振力的谱峰频率与结构振动声学传递函数的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制。

基于非线性有限元法的橡胶隔振器构型优化

设计一种用于连接两板的橡胶隔振器。以Mooney-Rivlin模型为基础,对橡胶材料进行静态特性的试验研究,得到了材料模型参数。根据实际的使用要求,设计隔振器的参数、基本尺寸,以此为基础,采用优化计算法,以隔振器的尺寸、预紧力、两板间距、橡胶的最大应力为变量,以隔振器刚度为目标,同时,满足隔振量的要求,用非线性有限元法进行数值计算,得到满足要求的隔振器。

肋骨不等间距布置对圆柱壳振动特性的影响

本文研究了肋骨不等间距排列对加肋圆柱壳振动的抑制作用。采用2种肋骨间距,交替排列,构造整个圆柱壳的肋骨不等间距排列形式,2种肋骨间距的确定方法是:保持2种肋骨间距的总和不变,逐步增大两者的间距差,从而增加相邻的肋骨间的2个圆环结构的固有频率差,直至固有频率差趋于不变,最终确定了2种肋骨间距。分别计算并对比分析了肋骨等间距和不等间距布置的圆柱壳的均方振速,结果表明:肋骨不等间距排列可以降低圆柱壳高频振动。

尾轴承橡胶硬度对螺旋桨横向激振力引起艇体结构振动与声辐射特性的影响

从振源振动传递路径的声学设计的角度出发,以改变靠近螺旋桨后尾轴承橡胶夹层的橡胶硬度为具体措施,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究潜艇结构振动、辐射噪声谱峰频率和峰值的变化规律。计算结果表明:在低频段,随着后尾轴承橡胶硬度的增大,谱峰频率明显向高频移动,第一、二峰值都呈增大趋势;与传统的船用后尾轴承相比,采用带橡胶夹层的后尾轴承,在一定的频带范围内,能够有效地降低潜艇结构的振动和辐射噪声。因此,改变后尾轴承橡胶硬度,可以使谱峰频率向高频或低频移动,这样就能够使设备激振力的谱峰频率与结构振动及辐射噪声的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制,达到减振降噪的目的。

肋骨非均匀排列的圆柱壳振动特性研究

研究了肋骨非均匀排列对加肋圆柱壳振动特性的影响。首先,以安德森定域效应的原理为基础,肋骨间距为随机分布,分析了肋骨非均匀排列时圆柱壳的振动特性,然后,采用两种肋骨间距,交替排列,构造整个圆柱壳的肋骨不等间距排列形式,两种肋骨间距的确定方法是:保持两种肋骨间距的总和不变,逐步增大两者的间距差,从而增加相邻的肋骨间的两个圆环结构的固有频率差,直至固有频率差趋于不变,最终确定了两种肋骨间距。分别计算并对比分析了肋骨等间距和不等间距排列的圆柱壳的均方振速,结果表明:肋骨不等间距排列具有一定的减振效果。

基于振动分析技术的潜艇舱段结构优化设计

舱段是潜艇的主要组成部分,为了降低潜艇结构的振动,在设计舱段时,需要选择合适的结构参数。舱段的基本结构是外壳板、纵骨和肋骨,选择外壳板的板厚、纵骨和肋骨的截面尺寸、纵骨和肋骨的数量作为设计参数,分别计算参数不同时舱段结构振动均方法向速度,根据计算结果,总结振动响应的谱峰频率、峰值与激振力频率、作用方向、舱段结构设计参数之间的关系,以此为基础,合理地设计舱段结构的参数和形式,达到了降低舱段结构振动水平的目的。

肋骨非均匀排列的圆柱壳振动特性研究

以安德森定域效应的原理为基础,肋骨间距为随机分布,分析了肋骨非均匀排列时圆柱壳的振动特性;采用两种肋骨间距,交替排列,构造整个圆柱壳的肋骨不等间距排列形式;保持两种肋骨间距的总和不变,逐步增大两者的间距差,从而增加相邻的肋骨间的两个圆环结构的固有频率差,直至固有频率差趋于不变,最终确定了两种肋骨间距。分别计算并对比分析了肋骨等间距和不等间距排列的圆柱壳的均方振速,结果表明,肋骨不等间距排列具有一定的减振效果。

一种用于动力传动系统的橡胶隔振器优化设计研究

研究并设计一种橡胶隔振器,以减弱动力传动系统对船体的作用力。分析系统的工作原理,建立系统的动力学分析模型,得到系统的初始参数。氯丁橡胶的材料特性用Mooney-Rivlin模型描述,模型的系数C01和C10由橡胶材料的静态特性试验得到。根据动力传动系统的实际状态,设计隔振器的基本尺寸、基本参数,在此基础上,设计优化算法,其中,变量是螺栓预紧力、橡胶元件的尺寸、连接板之间的距离、橡胶和金属材料的最大VON MISES应力,目标函数是隔振器的刚度,数值仿真计算采用的是非线性有限元法,最后确定了满足隔振和使用要求、结构形式最优的隔振器。

日光温室墙体保温蓄热性能模拟分析

日光温室及墙体的保温蓄热性能采用传统的试验测试方法存在试验周期长、不适用新型材料等缺点,具有一定的局限性。本文采用理论分析与计算机软件相结合的方法,建立理论模型,分析归纳相关数据,对墙体的保温性能予以评价。通过3种墙体(红砖墙体、钢渣混凝土墙体、加气混凝土墙体)的模拟分析得知,红砖的保温蓄热性能最好,其次是钢渣混凝土墙体,加气混凝土墙体最差。

舱壁打孔的环肋圆柱壳振动性能分析

为研究舱壁打孔对结构振动性能的影响,以环肋圆柱壳为研究对象,采用有限元法,计算结构在不考虑开孔加强结构的条件下,改变圆形孔的大小、位置、数量以及含圆形孔的舱壁数量时的均方法向速度级,得到不同工况下整个结构的均方法向速度级频率响应曲线。数值计算结果的比较和分析表明:激振频率在150～350Hz时,4种工况对模型均方法向速度级影响不大;350～1 000 Hz时,在部分激振频率下,4种工况对模型均方法向速度级的影响变大。可见舱壁开孔在满足工程需求的同时,也可有效减少艇体质量,但同时也会一定程度地改变结构振动特性,须在潜艇实际设计中予以考虑。