声功率极小值的产生机理分析

针对结构辐射声功率极小值产生机理尚不明确的问题,本文基于振动模态耦合声功率的正负对矩形板结构的辐射声功率极小值进行了研究。结合声辐射模态对结构振动模态的辐射效率进行了分析,研究了结构在不同流体介质中辐射声功率极小值的特性差异及其产生原因。结果表明:声功率极小值的产生主要与振动模态耦合相关,低阶奇-奇振动模态之间的耦合对声功率极小值有较大贡献。在本文中激励频率在第5到第6阶共振频率之间,第5、6阶振动模态耦合的声功率为负时,会较大降低矩形板的辐射声功率;水中矩形板的低阶奇-奇模态辐射效率高,模态耦合可以极大降低结构的辐射声功率并出现极小值。

突变结构对π型管气流脉动的影响

世界能源发展呈现低碳趋势,人们对天然气的需求日益增加。输运管道中由于气流脉动遇到弯头、变径管等突变结构而形成的激振力是管道振动的主要成因。π型管是天然气管道中常见的柔性补偿结构,常与压缩机出口的管路相连,往复式压缩机工作时产生的气流脉动在π型管处诱发的流致振动较为明显。文章基于计算流体动力学对含有突变结构的π型管进行气流脉动仿真分析,研究脉动幅值与突变结构的关系。结果显示,含突变结构的管道出口处的压力不均匀度比π型管分别高了3.8%和4.6%左右,当突变结构的尺寸从100 mm变化到200 mm时,管道出口处的压力不均匀度也从15.5%左右变化到19.9%左右,可以看出突变结构对π型管内部的气流脉动呈现出不利影响,在实际工程应用中应尽量避免突变结构的使用。

“南海挑战号”半潜式平台移井优化方法研究

为了解决半潜式平台移井方案计算困难的问题,本文以“南海挑战号”半潜式平台为依托,开展移井优化方法研究。依据多段悬链线控制方程,考虑平台和各井口的位置关系,建立了系泊链长度与顶张力的关系集。采用非支配排序遗传算法,给出了最佳移井路线方案。选取了4组现场移井方案进行对比分析,研究结果表明:所提出的计算方案有效地节约移井所需的时间成本和人力成本。以D_(3)-D_(2)移井操作为例,与现场采用方案相比,移井前后系泊链收放总量减少了40.17%,同时平台移井过程中的平稳程度降低了76.45%,大幅度的提高了移井作业平台的效率和安全性。

多层级曲梁多稳态超材料的可重用性研究

多稳态超材料凭借其出色的力学性能而广受关注和应用.然而,现有研究主要集中在单曲梁结构,对于由多层级曲梁单胞构建的复杂拓扑结构的可重复吸能特性缺乏深入探讨.此外,与传统材料相比,多稳态超材料在循环加载下的疲劳性能也鲜有研究.文章以两端固支直梁一阶屈曲模态为初始构型构造曲梁单胞,并通过3D打印技术制备双材料双稳态单元.进而建立多层级曲梁结构,并给出预测多层级曲梁正则化的力和势能随位移变化的5次、6次多项式经验公式,相比于以往3次、4次多项式结果更为准确.以双曲梁单胞为基本单元,通过中心旋转的方式设计三维点状多稳态超材料,研究其稳态性能和力学特性.并通过参数化分析研究单元几何参数和模块化拓扑构型对结构力学响应的影响,最后通过疲劳实验验证了该类多稳态超材料的疲劳寿命.该结构能够在小变形和大变形范围内实现正负刚度的转变,同时变形是弹性稳定的,即杨氏模量基本保持不变,且具有多稳态和可重复吸能特性.随着双曲梁几何参数Q(高厚比)的增大,其有效压溃距离和能量吸收效率随之增加.提出的设计策略为制造多稳态多步可逆变形的力学超材料开辟了新路径,并为设计材料-结构-功能一体化的工程材料提供了一种新思路.

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估

基于现有的渤海浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)实测数据,开展海洋核动力平台(Marine Nuclear Power Platform,MNPP)定位系统多体动力特性分析。建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO),计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO船体实测数据计算MNPP六自由度数据,并采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。

基于中空十四面体杆板混杂点阵结构的声学性能与力学性能研究

点阵结构因其轻质高强、高设计自由度,在承载、缓冲吸能和减振降噪方面具有广阔的应用前景.然而,传统类型的点阵结构很难同时具备较好的吸声性能和较强的承载性能.本文提出了一种新型三维轻质多功能结构——中空十四面体杆板(HTTP)混杂点阵结构,利用增材制造技术制备了实验试样.基于传递矩阵法建立了多级联类亥姆霍兹共振腔的理论模型,并进行了有限元数值模拟和阻抗管实验,实验、理论和数值结果具有良好的一致性.结果表明,板厚0.5 mm的HTTP在第二吸声峰处实现阻抗匹配,同时具有较高的平均吸声系数和宽带半吸收.通过数值均匀化方法和准静态压缩实验研究了HTTP的力学性能,结果表明,HTTP在板厚0.3 mm处实现了弹性各向同性.在压缩过程中杆件与板件相互作用形成了更加稳定的渐进弯曲变形模式,使其在塑性阶段表现出较高且稳定的平台应力.本文提出的HTTP多功能混合点阵结构可同时实现高吸声和强力学性能,为多功能轻质结构的设计提供了一种新的范式.