穿孔板-膜腔复合型隔声罩隔声特性研究

针对低频隔声问题,本文提出一种穿孔板-膜腔复合型隔声结构。基于有限元法建立了隔声结构单胞模型,开展了单胞模型声学特性分析及构型优化;在此基础上,建立大尺寸穿孔板-膜腔复合型隔声板数值仿真模型,探究其隔声性能及框架对隔声性能的影响规律,结合仿真结果开展多层薄膜型隔声板隔声性能研究;建立穿孔板-膜腔复合型隔声罩仿真分析模型,分析多层薄膜型隔声罩的隔声性能,设计附加吸声材料的多层薄膜型隔声罩;研制隔声罩样件,实验证明该样件具备较好的低频隔声性能。

含裂纹缺陷的预扭壳结构非线性振动特性研究

基于扩展等几何方法和一阶壳体剪切变形理论建立了含裂纹缺陷的功能梯度预扭壳结构的非线性振动控制方程。控制方程中考虑了预扭壳结构的预扭角度及几何非线性,应用扩展等几何方法,采用反映位移变化的富集函数来描述裂纹的位置及长度,一方面可以提高计算精度,另一方面可以避免在裂纹处的网格加密,提高计算效率。采用了直接迭代法求解非线性振动控制方程。通过与现有文献结果对比,证明了本文方法的正确性和稳定性。在此基础上,探究裂纹对功能梯度预扭壳结构非线性振动频率的影响,研究了预扭角度、裂纹位置及长度和材料的功能梯度指数等参数对预扭壳非线性振动特性的影响规律。

静压下带金属孔板声学覆盖层的耐压与吸声特性

为改善静水压力作用下传统声学覆盖层的吸声性能,提出了将金属孔板插入传统声学覆盖层中的水下声学覆盖层结构。以静力学方法研究了该声学覆盖层结构在不同静水压力下的形变情况。通过建立静水压力作用下的声学有限元方程,分析了该声学结构在不同静水压力下的吸声效果。与传统声学覆盖层相比,在静水压力为0~6 MPa时,该声学结构在中、高频段获得了更好的宽频吸声效果。此外,还讨论孔板厚度、孔板材料及孔板孔隙率对该声学结构吸声性能的影响。研究表明设计含金属孔板声学覆盖层可有效改善静水压力条件下水下声学结构的吸声性能。

一般边界条件下功能梯度板流激振动声辐射研究

为了研究嵌于无限大障板中的功能梯度板在湍流激励下的振动声学特性,基于湍流边界层壁面脉动压力互功率谱密度函数、切比雪夫谱方法、瑞利积分以及流体与结构耦合面的连续性条件,通过能量法建立了一般边界条件下功能梯度板的流激声振耦合模型。该模型能够精确预测功能梯度板在湍流激励下的振动及声辐射响应,与解析解和试验值的吻合验证了算法的准确性。对一般边界条件和梯度指数的研究表明:边界弹簧刚度较大时,功能梯度板在低频具有较低的流激声振响应,而高频时的辐射声压有所升高。随着梯度指数的增大,流激振动及其辐射声压的峰值频率逐渐增大,而峰值频率对应的响应值减小。

复合围壳-上层建筑结构流激振动噪声特性

为降低水下航行器在高航速下的流激噪声,提升其性能,将复合材料应用于围壳和上层建筑,利用数值计算方法研究围壳-上层建筑结构外部流场的特点及内部流激噪声的变化规律,对比全金属材料与复合材料下围壳-上层建筑结构流激噪声的变化规律及不同工况下复合围壳-上层建筑结构流激振动噪声的变化规律。研究表明:围壳-上层建筑结构内部的流激噪声分布主要与场点到结构表面的距离有关;全金属材料围壳-上层建筑结构的流激噪声整体上大于复合材料围壳-上层建筑结构的流激噪声;围壳-上层建筑结构的流激噪声随速度的增大而增大。研究结果可供复合材料在潜艇降噪领域的应用参考。

冰层边界下壳体结构声振特性数值分析

为厘清极区环境下水下航行器与海冰边界之间的声振耦合机理,基于Virtual.Lab软件,采用有限元和边界元法对无限大冰区进行建模和验证计算,并采用声振耦合方法建立壳体-海水-海冰的多维度多场耦合模型,分析冰层厚度和壳体与冰层之间的距离对结构振动和声辐射的影响。研究表明:冰层边界对结构振动的影响较小,对声辐射的影响较大;冰层边界在低频段对声波的反射大于自由液面对声波的反射;随着频率的升高,冰层边界对声波的反射逐渐小于自由液面对声波的反射;随着冰层厚度的增加,冰层对声波的反射作用逐渐增强;随着壳体与冰层边界之间距离的增加,冰层对声波的吸收作用逐渐减弱。研究成果可供极区环境下水下航行器的声振特性研究参考。

球-柱-球复合壳体结构声辐射建模及特性分析

针对典型复合材料轴对称结构的外部声辐射问题,本文建立了基于结构完整边界的广义谱-配点边界元法的结构声辐射分析模型。从一阶剪切层合壳理论出发,推导了复合材料结构振动能量方程,引入广义谱方法和边界元方法的思想,将Helmholtz积分方程转化为边界积分方程,再将位移、声学变量和Green函数等展开为周向Fourier多项式和轴向Chebyshev多项式的形式,经化简得到一维半解析声振耦合求解的声场方程。对于浸没在轻质和重质流体中的壳体结构,均采用强耦合的处理方式对结构声问题进行求解。通过数值结果验证了本文方法的正确性,分析了各向同性均匀材料和正交各向异性球-柱-球复合壳体的声辐射问题,并讨论了不同载荷方式、铺层角度等因素对复合壳体结构声辐射的影响。结果表明:对于铺层为[90°/±θ/0°]S的玻璃纤维材料复合壳体结构,随着铺层角的增大,组合结构的轴向拉伸和弯曲刚度逐渐减小,周向的刚度得到加强,并在结构弯曲-扭转耦合效应的作用下,壳体结构的辐射声功率级响应曲线的峰值频率向高频发生偏移。

穿孔板-膜腔复合型隔声板隔声特性研究

为解决动力设备运转过程中所产生低频噪声的问题,在薄膜型声学结构的基础上,提出一种穿孔板-膜腔复合型声学结构,采用有限元方法探究结构的声振特性及其隔声机理。以穿孔板-膜腔复合型声学结构为基础,建立大尺寸隔声壁板模型,系统探究结构尺寸、材料参数及构型方式对其隔声性能的影响规律,并结合仿真结果提出一种多层薄膜型穿孔板-膜腔复合型隔声板设计方案,可有效拓宽结构隔声频带,改善隔声性能。

尾流激励下功能梯度叶片动力学行为研究

为探究尾流激振力作用下旋转功能梯度叶片的振动特性,本文建立了具有任意预置角的旋转功能梯度叶片模型,并对其动力学行为展开研究。基于改进Fourier级数对旋转叶片的振动位移场进行拟合,采用罚函数实现叶片任意边界约束,尾流激振力展开为多项正弦谐波叠加的形式,通过Ritz法对旋转叶片的振动问题进行求解。经过与文献中结果对比验证了方法的收敛性和正确性,并给出新的计算结果和关键参数分析。研究表明:通过改变功能梯度叶片的组分分布可以调整其固有频率;叶片各阶固有频率会随转速、轮毂半径、预置角的增加而增大;在转速范围一定时,谐次越高的尾流激振力谐波引起的临界转速也越多。

船舶动力振动噪声课程启发式教学的应用探索

船舶动力振动噪声相关课程如,《声学基础》、《振动噪声控制基础》等以讲授振动、噪声形成机理、控制手段为主,是机械、动力类专业人才培养过程中非常重要的一门专业课程。而动力类振动噪声问题则涉及流、热、声、固等多物理场耦合,课程内容难度较大,对教师的授课能力提出了更高要求。为了促进高校理工科学生,尤其是动力类的学生对振动噪声相关课程内容的掌握,激发学生的学习兴趣,培养出有创见的科学人才,本文提出“三库”启发式教学方法。(1)选好出发点,设计“启发问题”,建立问题库;(2)寻找融合点,引进典型科研案例,建立案例库;(3)挖掘创新点,激发学生无限潜能,建立先进技术库。以启发问题、科研案例以及创新点的引入、融合为目标,形成最优教学方案,为其他类课程设计、教学改革等方面提供一定启发和借鉴。

面向科教融合协同育人的“振动分析”课程教学模式探索与实践

“振动分析”是动力类专业研究生核心课程之一。为适应新时代创新型人才培养需求,提升教学质量和效果,文章针对传统教学模式存在的问题,基于科研实验辅助的实践模块教学模式以及聚焦工程实际需求和科技前沿的互动式教学模式,开展了科研案例教学模式探索与实践,提出了深度融入科研项目案例的理论模块教学模式,为新时代减振降噪一流人才培养提供指导和借鉴。

多层复合壳体三维振动分析的谱-微分求积混合法

对于较厚的多层复合壳体,其振动位移沿厚度方向呈锯齿形变化且层间剪切和拉、压应力呈三维耦合状态,采用传统的等效单层理论分析已不能满足精度要求.建立不受结构厚度、铺层材料性质和铺层方式限制的三维分析方法具有重要的研究价值.本文以独立铺层为建模对象,结合广义谱方法与微分求积技术建立了一种适用一般边界条件和铺层方式的多层复合壳体三维分析新方法——谱-微分求积混合法.该方法应用三维弹性理论对独立铺层进行精确建模,有效克服了二维简化理论对横向变形以及层间应力估计不确切的缺点;引入微分求积技术对铺层进行数值离散,将三维偏微分问题转化为二维偏微分问题,降低了求解维度和难度;应用广义谱方法近似地表述离散计算面上的场变量,将获取的二维偏微分方程转化为以场变量谱展开系数为未知量的线性代数方程组,避免了对超越方程的求解.数值验证结果表明该方法收敛性好,计算精度高.

横向剪切及伸缩变形对层合板振动特性的影响分析

针对层合板振动特性问题,基于广义谱方法和微分求积法建立了一种适用一般边界条件和铺层方式的三维解法。验证结果表明该方法具有良好的收敛速度和计算精度。系统分析了不同边界条件和铺层方式下横向剪切及伸缩变形对层合板振动特性的影响。分析结果表明:①横向剪切变形对层合板固有频率的影响非常显著,且随厚度比增加而加剧;②横向伸缩变形对各铺层材料参数相同的层合板的固有频率影响不大,而对于各铺层材料性质差异明显的层合板,其影响非常显著,且随厚度比增加而加剧。

基于改进Chebyshev级数的层合结构振动分析新理论

提出了一种基于改进Chebyshev级数的层合结构高阶分层建模理论.该理论位移场由线性位移场和高阶位移场组成,线性位移场控制位移场的总体分布趋势,高阶位移场进行局部修正.高阶位移场由具有统一表达式的改进Chebyshev级数表示,通过改变高阶截断阶数可实现高阶位移场快速配置,能够满足不同建模精度需求.采用该高阶分层理论和广义谱方法推导了层合结构的自由振动特征方程,研究了一般边界条件下层合梁、板、壳的自由振动特性,并将计算结果与其他文献数据对比.结果表明:基于改进Chebyshev级数的层合结构高阶分层理论具有较高的建模精度和计算效率.

面内功能梯度三角形板等几何面内振动分析

基于平面应变理论,利用等几何有限元方法分析了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的面内振动特性.板的材料属性沿厚度方向呈均匀分布,而在面内方向呈任意指数梯度变化.采用非均匀有理B样条(NURBS)基函数对三角形结构进行等几何建模和位移描述,实现了三角形板几何设计和振动分析的无缝衔接.在三角形板边界上引入虚拟弹簧约束并通过调节虚拟弹簧刚度,实现任意边界条件的施加.通过不同的单元细化方案和对比算例,验证了等几何方法的灵活性、准确性和快速收敛性.系统研究了边界条件、材料属性和几何参数对三角形板振动特性的影响.同时给出了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的振动特性解,具有重要参考价值.

一般边界条件下功能梯度梁三维振动特性研究

基于卡莱拉统一公式(CUF)建立了一般边界条件下功能梯度(FGM)梁的高阶统一动力学模型和分析方法。利用二维泰勒公式对FGM梁截面位移函数进行高阶拟合,经典梁理论可以视为一阶泰勒公式的特殊形式。采用Voigt线性混合模型分别考虑了两种功能梯度材料分布形式:材料属性仅沿宽度或厚度单一方向发生变化;材料属性同时沿宽度和厚度方向发生变化。通过罚函数法将FGM梁的边界条件量化为边界能量的形式,实现了对边界条件的参数化分析,并消除了位移容许函数对边界条件的依赖性。利用瑞利-利兹法和勒让德多项式函数对FGM梁的振动问题进行求解。通过与文献中结果对比,验证了此方法的有效性和正确性。最后,研究了几何尺寸、材料属性和边界条件对FGM梁振动特性的影响规律。

含空腔的功能梯度声学覆盖层水下吸声特性

针对传统的声学覆盖层吸声频带窄的问题,基于功能梯度材料的特点提出了一种含空腔结构的水下功能梯度声学覆盖层结构,引入梯度有限元法建立了功能梯度型声学覆盖层的水下声学计算模型,研究了功能梯度声学覆盖层结构的水下吸声特性。与传统的功能梯度结构声学建模方法相比,在保证计算精度和计算效率的基础上,文中所建立的功能梯度结构声学计算模型可适用于更复杂的功能梯度声学结构声学性能评估。研究结果表明,功能梯度声学覆盖层能够有效改善中高频段的吸声性能,获得较好的宽频吸声效果。此外,空腔形状采用锥型空腔结构或者组合型空腔结构可以有效地拓宽功能梯度声学覆盖层的吸声频带。

推进全面质量管理提高石油企业整体素质

It is argued that total quality control in petroleum enterprises can only be promoted by improving human quality first,establishing quality assurance system and exploiting rationally all kinds of information.

薄膜型局域共振隔声罩隔声特性

针对船舶动力设备产生的低频噪声控制问题,本文设计了一种薄膜型局域共振隔声罩。基于有限元法建立了薄膜型局域共振声学结构单胞模型,分析了其低频隔声特性及机理;建立了大尺寸薄膜型局域共振声学结构仿真模型,探讨了框架和预应力等因素对其隔声性能的影响规律,结合仿真结果开展了大尺寸薄膜型局域共振声学结构的优化设计;建立了薄膜型局域共振隔声罩仿真分析模型,分析了面板构型、薄膜层数和附加质量等关键参数对其隔声性能的影响规律,在此基础上提出了基于多层薄膜结构的复合低频宽带薄膜型局域共振隔声罩优化方案,达到了低频宽带隔声的目的,并在整个计算频段展现出优良的隔声性能。

船首声呐平台自噪声预报及综合控制

[目的]旨在研究船首声呐平台自噪声的预报及其控制问题。[方法]首先,采用统计能量分析(SEA)法建立基于整船模型的船首声呐平台自噪声预报分析模型;然后,基于预报结果,研究通过铺设吸声尖劈、聚氨酯材料和设置凹角型声障板等对声呐平台自噪声的影响,以及采用综合降噪措施的控制效果;最后,从材料和结构形式这两个方面探讨透声窗对流激噪声的影响。[结果]结果表明,在非透声界面铺设吸声尖劈一定程度上可以降低声呐平台自噪声,铺设聚氨酯材料可以有效降低机械噪声,但对于流激噪声和螺旋桨噪声的降噪效果相对较小,而设置凹角型声障板可以有效控制机械噪声和螺旋桨噪声。此外,相比于等厚度的单层玻璃钢透声窗,钛合金夹心式透声窗能更好地抑制流激噪声。[结论]研究结果可为船首声呐平台降噪设计提供理论依据与数据支撑。