声学边界元拟奇异积分计算的自适应方法

提出一种自适应方法计算声学边界元中的拟奇异积分,通过单元分级细分将总积分转移到子单元上以消除拟奇异性。在此方法基础上深入研究拟奇异性,进一步提出接近度的概念,其中临界接近度可作为拟奇异积分计算的理论依据,并可用于预估拟奇异性是否存在。此方法的积分精度可调控,且不受场点位置限制,相比于已有方法更加灵活高效。数值分析表明拟奇异性强弱由场点与单元的相对位置决定,单元上远离场点的区域拟奇异性很弱,无需处理。研究结果为处理边界元法中的拟奇异性问题提供了新的选择和参考。

CFD敞水螺旋桨性能计算分析

根据螺旋桨的投影原理及其型值参数,建立螺旋桨的三维模型。基于计算流体动力学(CFD)理论和CFD商业软件进行研究,采用分区混合网格方案和动网格技术及旋转坐标(MRF)方法,结合RANS方程和RNG湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟,得到该螺旋桨的推力及其转矩。经与试验结果比较分析,证实该方法能实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能。

计及自由液面影响的水下有限深度圆柱壳自由振动分析

提出了一种求解有限浸没深度下圆柱壳振动特性的解析方法。采用镜像原理和Graf加法定理得到流体速度势的解析表达式,然后再结合能量泛函变分方法推导出计及自由液面影响的壳-液耦合振动方程,通过求解该方程,得到结构各阶固有频率。研究表明,相比于无限域,自由液面的存在会增大同阶次模态固有频率,而且离自由液面越近,固有频率越大,但是随着浸没深度逐渐增加,自由振动特性很快趋近于无限域。与有限元软件Nastran计算结果对比表明该方法准确、可靠、简便,且具有计算量小、易于参数优化的优点,也为近水面结构流固耦合振动特性分析提供了新的思路。

有限潜深状态下圆柱壳固有振动特性分析

基于波传播法和虚源法,建立有限潜深状态下圆柱壳-声场耦合数学模型,并考虑了自由液面和流体静压的影响。采用数值方法求解耦合系统特征方程,得到了有限潜深状态下圆柱壳的模态频率。数值分析表明:较无限域中圆柱壳模态频率特性而言,自由液面的存在致使结构模态频率相应增大,而流体静压则使得结构模态频率相应减小;当潜深较小时,自由液面的影响相对较显著,而当潜深较大时,流体静压的影响相对较显著;流体静压对有限潜深状态下圆柱壳各阶模态频率特性的影响程度不尽相同,从而导致在一定潜深条件下,圆柱壳模态频率阶次出现变化;当潜深较大时,圆柱壳面临失稳。

浅水域中圆柱壳固有振动特性分析

基于波传播法和虚源法分析浅水域中圆柱壳的固有振动特性,并考虑了浅水域上下边界的影响。将理论计算与已有试验结果进行对比分析,验证了计算方法的有效性。数值计算表明:当圆柱壳靠近自由液面(或刚性壁面)时,耦合模态频率相应增大(减小);当水深相对较小时,浅水域影响显著;当水深小于壳体半径的8倍时,浅水域对耦合模态频率的影响不可忽略。

基于波传播法的椭圆柱壳自由振动特性研究

基于Flügge壳体理论推导出椭圆柱壳的自由振动方程。由于椭圆柱壳周向曲率的变化,造成振动方程在周向模态阶数域内不解耦,采用波传播法将壳体位移以双Fourier级数形式展开,椭圆截面曲率半径以单Fourier级数形式展开,通过级数变换,将变系数的偏微分方程组转换为关于周向模态阶数相互耦合的有限阶常系数线性方程组,通过求解耦合振动方程得到椭圆柱壳的固有频率。随后对影响壳体固有频率的主要参数进行分析,得到椭圆柱壳对称和反对称模态频率随椭圆度、壳长比等参数的变化规律。

浅海中圆柱壳的声辐射特性分析

根据声学边界元理论,本文在考虑海面和吸声海底的声反射作用基础上,对格林函数进行修正,建立波导域声辐射模型,并分析了浅海中圆柱壳的声辐射特性。研究发现吸声和刚性海底边界条件下圆柱壳的辐射声场有明显差别;可采用波导中点源格林函数预测圆柱壳的声辐射特性。结果表明边界反射作用随着圆柱壳离开海面或海底而减弱,随着场点离开圆柱壳而增强;且水深方向上声压呈周期性波动,其周期规律与海底边界类型无关。本文用声学点源的辐射叠加原理解释研究现象的产生机理,可为工程应用提供理论参考。

自由液面对水下圆柱壳声振特性的影响

采用虚拟质量法计算水下圆柱壳的表面振速,结合半空间声学边界元法计算水下有限长圆柱壳的辐射声压,分析在不同浸没深度下辐射声压的变化。研究发现:浸深达几倍半径后,自由液面对水下圆柱壳振动的影响可以忽略,而自由液面对声压的影响不能忽略;声压在水深方向呈现规律波动和单调衰减现象,而在水平方向存在声压衰减率转折点,其位置与浸深相关,几乎不受频率影响;转折点之后声压逐渐表现出发散式波动,波动剧烈程度与频率和浸深成正比。用声学偶极子的辐射叠加原理解释研究现象的产生机理,结果可为工程应用提供理论参考。

复杂声边界约束下水中圆柱壳声振特性研究

解析地研究了复杂声边界约束下水中无限长圆柱壳的振动和声辐射问题。该圆柱壳受到轴向均匀线激励力作用,并处于自由液面(或水平水底)和垂直刚性壁面组成的复杂声边界构成的四分之一无限流域中。根据镜像原理和Graf加法定理推导了无限长圆柱壳声振耦合方程,讨论了复杂声边界对圆柱壳振动和声辐射的影响。研究发现两种声边界对圆柱壳振动特性和表面辐射声功率有不同的影响。当圆柱壳离边界足够远时其振动特性和表面辐射声功率几乎不受影响,而其辐射声场仍会受到圆柱壳位置变化的影响,尤其当圆柱壳靠近流域边界时会产生显著的辐射噪声,不利于隐蔽。

改进型声学边界元级数多频算法

对于声学多频分析问题,研究者提出了一种声学边界元级数多频算法节省了重复计算频率无关项的时间,但这种原始算法受到多项式拟合的Runge现象限制,计算频段较窄。进一步改进此原始方法,提出了级数截断项数的选取原则,加入波数因子调整自变量区间避免Runge现象,消除了原始算法的不稳定性,拓展了级数多频算法的适用范围。声辐射计算实例证明了改进的级数多频算法的正确性,所需级数截断项数更少,降低了计算量,能够应用于更高频段的声学分析。