带消声功能的潜艇换热器声学性能仿真

针对潜艇消声问题,提出一种带消声功能的换热器,开展环状橡胶气囊结构消声性能研究。建立仿真模型和进行传递损失计算,证明有囊式消声器的消声效果。利用控制变量法定量改变设计参数,分别研究气腔长度、穿孔直径和穿孔率对气囊消声效果的影响规律,为潜艇换热器的流动噪声控制提供有力支撑。

基于表面阻抗测量的声学覆盖层吸声系数测试及修正

[目的]鉴于采用传统的水声管试验方法测量潜艇声学覆盖层的表面阻抗要求较高,提出一种可简化试验的基于阻抗测量的吸声系数测试方法,并解决阻抗测量中非平面波反射的修正问题。[方法]首先,将覆盖层简化为阻抗率矩阵边界和结合流体边界条件,推导出覆盖层表面不同半径处的速度;然后,通过汉克尔积分变换建立非平面反射波压力与轴向速度的关系,得到修正非平面波反射的吸声系数公式;最后,对模型样品进行数值计算和表面阻抗测量,分别与理论计算和传统的水声管测试方法所得结果相互比较,以验证所提方法的有效性。[结果]数值计算结果表明:实心覆盖层得到的结果与理论结果一致;圆柱空腔结果与理论结果有明显差异。阻抗测量的结果经平面波处理后与水声管试验结果有较大误差,经修正后与水声管试验结果较为吻合。[结论]覆盖层空腔易引起非平面波反射,在阻抗测量中需要予以修正;经修正后的阻抗测量方法得到的吸声系数与传统的水声管试验方法在所关注的频段内一致,且简化了试验,具有一定实践价值。

基于高隔振指标要求的船舶泵组区域隔振模块设计研究

为满足某静音型船舶对于机舱泵组的隔振指标及布置空间的高要求,该文利用区域隔振模块设备间布置紧凑、空间利用率高、隔振效果好等优点,开展该船机舱泵组区域隔振模块的设计研究。从区域隔振模块总体布置、有限元建模、中间筏架模态分析、模块模态分析、模块静力学分析、模块谐响应分析等方面入手,建立了高隔振性能区域隔振模块的设计计算分析流程,完成了该型区域隔振模块的设计及隔振指标计算评估,并对其隔振性能进行测试。结果表明,该型区域隔振模块的隔振性能可满足此类静音型船舶对于机舱泵组高隔振指标的设计要求。

基于Kriging模型的船舶主机隔离系统抗冲击优化

为了提高系统的抗冲击性能和优化效率,本文以限位隔离系统的刚度阻尼等7个参数为设计变量,以系统冲击响应中的相对位移响应和绝对加速度响最大峰值为响应值建立Kriging代理模型。通过NSGA-II多目标优化算法对构建的代理模型进行多目标优化,优化目标为相对位移响应和绝对加速度响最大峰值两者和的最小值。与初始方案相比,优化后系统相对位移响应降低了27.139%,绝对加速度响应降低了37.846%。结果表明:建立的代理模型对隔离系统的冲击响应有较精确的预报作用,优化后船舶主机隔离系统的抗冲击得到明显提高。

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法(CFD-FEM)相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。

基于弹性连接的FPSO上部模块整体减振技术

[目的]针对浮式生产储卸油装置(FPSO)作业时上部模块的振动响应,为减少振动能量向船体的传递,同时改进上部模块与船体之间的连接,提出一种基于上部模块与船体弹性连接的整体减振技术。[方法]首先,利用弹性支座将上部模块与船体进行弹性连接,根据FPSO在作业海域加速度响应预报的极值来确定弹性支座的设计载荷和内部结构;然后,采用有限元方法分析弹性支座的受力与变形特性,并通过线性拟合获得弹性支座的等效刚度;最后,将弹性支座等效为线性弹簧,分别通过数值模拟和理论分析来研究模块结构的振动响应和弹性支撑系统的动力传递特性。[结果]结果表明:应用该减振技术之后,上部模块的减振效率高达30%以上,同时还可使船体取得良好的隔振效果。[结论]该研究成果可为海洋结构物上部模块的整体减振设计和应用提供参考。

带分段限位刚度的双向限位单层隔振系统冲击动力学理论模型研究

[目的]针对在冲击激励作用下带限位器的隔振系统刚度呈非线性变化的问题,开展冲击动力学理论模型及其抗冲击性能研究。[方法]首先,利用分段线性等效思想,建立带分段线性刚度限位器的双向限位单层隔振系统冲击动力学理论模型;然后,利用解析法对理论模型进行解析求解,并与不同冲击工况下的有限元法冲击响应进行对比验证。[结果]在不同的冲击工况下,动力学理论模型的解析解与有限元数值解具有高度的一致性。[结论]通过对比分析,验证了带分段限位刚度的双向限位单层隔振系统冲击动力学理论模型及求解方法的准确性,可为带限位器隔振系统的工作原理与性能特点研究提供理论依据。

基于实测数据的推进轴系轴承动载荷反演识别方法

本文针对船舶推进轴系轴承动载荷准确识别的难题开展研究,提出一种基于频响函数求逆并采用全实测数据的频域反演识别方法及相应的数据处理和评价方法;然后,针对推进轴系振动试验台架,开展三种类型外激励作用下的径向轴承动载荷反演试验进行验证。试验结果表明:不平衡、随机振动、脉冲激励下轴承动载荷的反演识别结果与直接测量结果在10 Hz~1 kHz频带内的幅频和相频曲线趋势一致,吻合度高;10 Hz~1 kHz频带内,不平衡激励下的轴承动载荷反演误差为0.21~3.5 dB,随机振动激励下为2.03~2.53 dB,脉冲激励下为2.16~4.64 dB,验证了反演识别方法的可行性和准确性。

基于时均流场的湍流边界层内壁面压力脉动功率谱计算方法研究

针对湍流边界层内壁面压力脉动功率谱的计算问题,该文结合Grasso修订的TNO-Blake解析模型、RANS(Reynolds average Navier-Stokes)时均流场解,发展一种脉动压力计算方法,近壁面附近采用RANS数值解,对于壁面附近湍流各向异性特性,流向和横向异性模型参数采用Stalnov推荐数值,法向异性模型参数采用试验参数,对某平板上一点处的压力脉动功率谱进行了计算,分析了湍流能谱模型、迁移速度等影响,并与Goody模型结果进行对比。研究表明,该文计算方法合理可行,能快速获取壁面压力脉动功率谱,可为工程装备设计的振动噪声分析提供输入。

空间分布系列球壳声场耦合与辐射特性研究

针对大深度载人潜器的多球壳组合结构,以水介质中任意空间分布的系列弹性球壳为研究对象,利用球函数平移加法定理,建立计及球壳间声场相互作用的多球壳系统声振耦合模型,计算分析空间分布系列球壳的声场耦合特性及其影响因素。结果表明:声场相互作用将改变球壳模态间耦合关系,使得单阶模态对球壳振动的贡献不再限于单个峰值,进而影响声辐射频谱特征;双球壳系统受激球壳和非受激球壳都产生声辐射,轴向激励情况下,两球壳间存在强声场耦合效应,激励力偏离轴向时,声场耦合效应逐渐减弱;不同尺度球壳组成的双球壳系统扩展了声场有效耦合的频率范围,辐射声场兼具两个球壳的模态特征;多球壳串列布置时,声场耦合效应具有传递作用,多球壳按不同角度分散布置时,辐射声场空间分布则更趋复杂。

利用盲反卷积和混沌振子增强船舶辐射噪声解调线谱

针对经典解调方法中心频率、带宽选择困难和解调线谱受带外噪声干扰难以分辨等问题,提出采用盲反卷积和混沌振子方法抑制带外噪声,增强船舶噪声解调线谱。该方法通过Duffing振子预检宽带船舶噪声低频弱周期信号,随后将相应频率作为最小噪声幅值比反卷积(MNAD)方法的先验参数,利用MNAD方法自适应搜索解调频带得到可清晰分辨的高信噪比解调线谱。仿真和实测数据分析表明,该方法较经典解调方法和其他盲反卷积方法,可获取更佳的中心频率和滤波带宽,所得解调线谱的窄带信噪比DF值最高。

邮轮烟囱排气管路气动噪声影响因素分析及预报

[目的]旨在分析邮轮烟囱排气管路气动噪声的影响因素,并对某国产邮轮开敞区域进行噪声预报。[方法]基于大涡模拟和Lighthill声类比的混合方法,对邮轮实际工况下的管路气动噪声进行数值模拟,研究入口流速、出口压力、截面形状和弯管角度对管路气动噪声的影响规律;建立实尺寸邮轮烟囱排气管路模型,分析邮轮烟囱排气管路主要噪声源,并对开敞区域进行噪声预报。[结果]结果显示,入口流速和弯管角度越大,管路气动噪声越大;零压力出口边界的管路气动噪声大于非零压力出口边界的管路气动噪声;矩形截面管气动噪声小于圆形截面管气动噪声;管路气动噪声的窄带峰频率随弯管角度的增大而减小;除烟囱出口外,开敞区域的气动噪声均处于较低水平。[结论]所做研究对控制邮轮烟囱排气管路气动噪声和改善开敞区域的舒适度具有一定的参考价值。

基于MDO理论的船舶总体设计方法

为提高船舶总体设计质效,本文基于船舶设计、多学科设计优化(Multi-disciplinary Design and Optimization,MDO)理论及其应用的相关资料,在梳理现阶段船舶设计理论及基本流程的基础上,分析MDO理论在指导船舶设计中应用的可行性。结果表明,在船舶设计过程中应重点关注船舶型线设计、推进系统设计及振动噪声性能控制等关键技术。通过分析上述技术方面的研究进展,并基于MDO理论提出若干关于提高船舶总体设计质效的建议,对改进船舶总体设计方法具有一定工程指导价值。

海洋平台主机舱振动建模仿真分析及试验研究

为了优化结构整体减振性能,以某海洋平台主机舱为研究对象,利用典型运行工况下平台的振动试验实测数据对主机舱柴发机组引起的结构振动传递进行仿真分析,建立不同的主机舱振动计算模型,比较不同边界条件、不同隔振器刚度对计算结果的影响,提出适用于工程实用的较为精确的主机舱整体有限元仿真模型。通过计算推进器40%功率状态和航行状态2种典型运行工况下主机激励经由机脚、隔振器传递到平台基座的振动传递,并与实船测试结果进行比较,验证了有限元分析模型的合理性和精确性,计算结果可靠,具有较高的工程价值,为后续海洋平台主机舱隔振优化设计提供参考。

一种双简支―悬臂梁反共振隔振器设计分析与试验

[目的]为探究三元件型反共振隔振器的实现形式,提出一种由一根悬臂端含质量块的双简支-悬臂梁与一根双支撑梁所组成的机械装置(BAVI)。[方法]首先,分析双简支-悬臂梁的动态特性,推导其阻抗方程;然后,根据驱动点阻抗函数综合其低阶模型是单惯容与单弹簧二元件的串联结构,并解析低阶模型的等效参数;最后,通过装置试件设计与试验,验证其反共振特性和理论方法有效性,并在此基础上分析装置刚度特性及不同阻尼形式的效果。[结果]结果表明,当跨度比共振隔振器结构,具有“高静低动”刚度特性;在双简支-悬臂梁上采取阻尼措施后,可实现隔振区传递率以最大速率衰减的同时抑制共振峰的效果。[结论]所提机械装置证明了三元件型反共振隔振器的可实现性,提供了一种简易可行的工程结构。

基于运行模态分析的典型结构模态研究

随着结构的大型化以及激励的复杂化,难以通过传统的实验模态分析法得到结构的模态参数。本文基于自然激励法(NExT)和特征系统实现法(ERA)建立NExT-ERA模态识别理论,提出新的模态分析方法,识别自由板的模态参数。同时对自由板进行单点激振器激振,多点响应测量的模态分析试验,并对比自由板Ansys仿真分析、实验模态分析和NExT-ERA模态分析的识别结果。结果显示,NExT-ERA模态分析方法在频率、振型识别上具有良好的识别精度,也能准确识别实验模态分析中缺失的模态。

基于超单元法的大型邮轮总振动特性分析

本文针对大型邮轮总振动数值预报方法展开研究,将超单元法应用于邮轮总振动分析中,对比分析超单元法相比传统直接计算方法在大型邮轮总振动分析中的优势,探讨超单元模型建立方式、设置数量以及残余结构选取对模态结果及计算效率的影响.结果表明:超单元法在邮轮这类大型结构总振动分析中具有更强的适用性,选用合适的超单元划分方式及数量可在保证计算精度的同时提高计算效率.

船舶冲击环境网络预报的参数主成分分析方法

针对由于船舶水下爆炸冲击的强非线性特征引起的在利用神经网络进行冲击环境预报时精度不高的问题,本文采用一种基于主成分分析的方法对网络模型的输入参数作降维处理从而提高精度。利用矩阵特征值提取和矩阵变换,通过主成分分析方法以及因子分析对原始数据样本进行数据降维处理,再选择适应的网络对冲击谱值进行快速预报。实验结果表明:主成分选取主要参考特征值的大小及下降趋势,保留陡降段的特征值,并分析过渡段特征值的取舍;同时验证了对参数实施去相关处理和降维处理可以明显改善神经网络的预报准确性。

重庆城区内河船舶噪声污染防治研究

通过整理重庆城区近年来内河船舶噪声投诉事件和船舶噪声调研成果,分析内河船舶噪声扰民的根本原因,并从船舶设计制造、企业和海事监管三方面提出噪声防治措施,供业界参考。

100 m X-BOW型极地探险邮轮局部振动控制

为提高乘客舒适度,利用调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对100 m X-BOW型极地探险邮轮的局部振动进行控制。建立邮轮的有限元模型,进行整船频响分析,通过比较仿真值与测试值间的误差,验证模型的有效性。根据整体模态等价质量求解方法和局部模态质量的空间分布原则,提出混合模态中单个局部模态等价质量的求解方法,利用该方法求解邮轮局部振动区域的等价质量;利用该等价质量计算TMD的质量比;基于该质量比,求解出对应的TMD参数最优解。通过分析可知,当质量比为0.05时,TMD在13.4 Hz处具有31 dB的吸振效果,同时在10 Hz和18.8 Hz处也有一定的吸振效果,分别为3 dB和2 dB,整体控制频段较平坦,鲁棒性也较佳。