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。

基于振动信号PSD-SVM方法的不定负荷下柴油机气阀间隙异常故障诊断

针对许多基于振动信号的故障诊断方法在不同负荷下的诊断不全面的问题。提出了一种基于功率谱密度(power spectral density,PSD)与支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断方法。该方法将振动信号功率经过滑动平均滤波(moving average filter,MAF)处理,计算样本中每个周期的标准化信号的功率谱特征,再使用核方法SVM进行特征分类,从而实现故障诊断。经过柴油机实机测试,该方法对于不同负荷下的故障识别率达到96.72%,能有效识别不同负荷下的柴油机进排气阀间隙增大故障。

基于Simulink轴系详细建模的瞬态船机桨匹配特性

为研究船舶推进系统在瞬态工况下的船机桨匹配特性及弹性联轴节参数(刚度和阻尼系数)对优化负载冲击响应的影响,综合考虑船舶主机、轴系、螺旋桨、阻力及弹性联轴节外部特性,细化船机桨动态匹配离散动力学模型。使用Simulink搭建仿真模型,以某四机双桨科考船为研究对象进行详细建模,并对来自主机和螺旋桨端负载冲击工况的匹配结果进行快速工程预报;通过参数分析评估不同联轴节参数对负载冲击响应的影响;结合该船实测航行数据,对匹配理论及仿真结果进行验证。结果表明:选取适当的弹性联轴节刚度和阻尼对削减系统冲击响应动态特性存在显著影响;刚度过低会加剧系统冲击,过高的刚度和阻尼系数会使系统趋向于全刚性响应,不利于削减冲击。这一结果在实船测试中得到进一步验证和支持。在实际工程应用中,适当选择联轴节刚度和阻尼有利于改善系统冲击响应特性。考虑弹性联轴节的船机桨匹配模型可为优化船舶动力系统的设计选型和拓展船机桨匹配应用提供指导。

成任意角度连接的两块平板转角处阻振质量对平面弯曲波传递的影响分析

运用波分析法对于成任意角度连接的两块平板转角处的振动能量传递问题进行了理论分析,目的在于探讨附加在转角处的阻振质量对结构波传递的阻挡作用。通过引入两个局部坐标系及6个新的无量纲数,不仅简化了理论公式的推导,而且将透射及反射系数与模型的特征阻抗直接联系起来,揭示了这些参数的物理意义。本文同时还进行了简化模型实验,测试所得的插入损失与按照理论公式进行数值计算的结果进行比较,变化趋势一致。研究表明,转角处的阻振质量对于平面弯曲波透射所起的作用类似于一个“低通滤波器”,“阻带”区插入损失的量值主要取决于阻振质量的质量大小,而“阻带”宽度则取决于其转动惯量。

转角处阻振质量对平面纵波—弯曲波传递衰减作用的研究

运用波分析法研究附加在转角处的阻振质量对平面纵波—弯曲波振动能量传递的衰减作用,并利用互易原理对简化模型进行了测试。实测值与理论计算结果基本吻合,验证了理论分析的正确性。研究表明,阻振质量对转角处纵波—弯曲波能量的传递在高频区有较好的阻挡作用。传递损失的数值在低频区随阻振质量单位长度的转动惯量略有波动,而在高频区,阻振质量单位长度的质量则是确定对平面纵波—弯曲波传递衰减作用大小的唯一参量,且传递损失随其增加而增大。

多转角结构中转角处附加的阻振质量对结构波传递的抑制(英文)

应用波分析法研究在由平板构成的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用。通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率。文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的一些规律。研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的一阶共振频率处的传递损失。

新规范影响下的船舶早期声学设计

随着现代化船舶领域对船舶大型化以及各方面要求的提高,船舶推进装置功率不断增加,船舶电站及辅助系统工作强度增大,从而使得船舶结构振动以及各舱室(如驾驶室、机电集控室及船员住舱等)的空气噪声问题愈趋严重。一方面,高指标的振动和噪声不仅会影响船上设备的运行,还会影响到乘员的适居性,从而影响到船员的工作休息,乃至船舶的正常航行;另一方面,由于动力性需求的增大,机电设备功率不断增加,而海洋平台等海工结构为了满足动力定位(Dynamic Positioning,DP)的需求,也开始配备大功率推进装置,这些动力机械引起的高强度结构振动还会导致周边结构的疲劳破坏,并影响其他设备的正常工作。

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用Newmark法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。Newmark法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。

水动力模拟下基于改进三弯矩法的双桨推进系统轴系校中(英文)

船舶轴系校中是轴系可靠性的重要保障。文章在传统校中计算方法的基础上,针对双桨系统提出了一套基于流动分析的改进三弯矩算法。该方法不仅通过流场分析求得螺旋桨伴流场引起的额外载荷,而且同步考虑了轴系在垂向和水平向的二维位移模式。论文将该算法应用到一艘新建LNG船的轴系校中上。从计算结果与传统三弯矩法结果的比较可见,对于双桨系统,两螺旋桨产生的流场会相互影响,在双轴的横向和纵向引起额外的载荷,进而影响轴承在垂向和纵向的实际位移和应力,从而导致传统方法失效。该算例验证了改进算法的有效性,可以进一步防止双桨系统校中的失效问题。

地铁振动对地面建筑物影响的数值分析与测试

为研究地铁振动对地面建筑物的影响,建立隧道—土层—地面建筑物系统的三维结构有限元模型进行数值计算,得出地铁隧道与地面建筑物的水平距离、隧道埋深以及建筑物桩基不同深度对振动传递的影响,并将数值计算结果与实测结果做了对比分析。结果表明,增加隧道埋深和增大隧道与建筑物水平距离都能减小建筑物振动,建筑物桩基使地铁振动能量传递损失减小,不利于建筑物减振;三维有限元模拟数值计算结果与实际情况相符,对于工程设计实践具有一定的参考价值。

城市交通高架轨道振动衰减的快速预报

为研究城市交通高架轨道振动衰减规律,建立有限元振动分析模型,计算了不同高架结构参数情况下振动沿高架结构及地面的衰减情况,分析了结构尺寸及材料参数对振动衰减的影响规律,并根据有限元计算结果提出了结构振动传递损失的快速预报公式.为验证公式的有效性,对某高架轨道交通周边的振动情况进行了实测,实测值与预估值变化趋势一致,误差在可接受范围内.结果表明,高架结构尺寸及桩的深度对振动传递损失影响较小;快速预报公式对高架轨道交通振动快速预报及其环境振动的控制有一定的工程指导意义.

基于AMESim的冰区船舶轴系扭转振动仿真

用AMESim软件建立轴系冰载荷扭转振动仿真模型,对一艘1A冰级多用途船推进轴系进行仿真计算。考虑柴油机调速器对冰载荷冲击导致的轴系转速下降的响应,且柴油机的气体激励力矩和往复惯性力矩随轴系转速的变化而变化。将AMESim的计算结果与系统矩阵法的计算结果作对比,以验证其可靠性。对冰载荷扭转冲击进行了仿真。结果表明,在冰载荷冲击下,轴系转速有很大的下降,当转速下降到柴油机主谐次临界转速附近时,冰载荷激励和主谐次激励出现瞬态叠加,扭转振动响应达到最大值。此外,修改柴油机扭矩限制以提高扭矩余量,这是减少速度下降的有效方法。

船舶尾部模态数值计算与测试

为了提高船舶尾部模态计算的精度,文章提出了一种尾部详细结构与船体骨架结合的简化有限元模型,应用该模型对某全回转推进船舶尾部模态进行了计算,并将其结果与另外两种传统简化模型(即尾部三维模型与尾部+一维梁混合模型)的计算结果进行了比较。研究发现改进模型与传统模型在尾部局部模态计算中没有明显差别,但对整体模态而言其差异随频率增大而增大。为了进一步验证模型的有效性,在航行过程中对该船舶振动情况进行了测试,并利用运行模态分析法识别尾部整体模态。通过识别结果与计算结果的比较可见,三种模型在基频(1阶弯曲)计算时误差均很小,但是在高阶固有频率计算中改进的模型误差明显小于另两种模型。

水下航行器附连水质量的理论及实验研究

以二维无限长圆柱在水下的垂向振动为例,对其有限区域的不可压缩流场进行分析;通过数值计算并借鉴刘易斯法,分析了水域宽度比、水深比和浸没深度比等无量纲参数对刚体附连水质量的影响;提出了水下航行器附连水质量的快速预测公式.结果表明:刚性壁面可使刚体的附连水质量增大,但当刚体与壁面的距离增加到一定程度(截面半径的5倍)时,刚性壁面的影响可以忽略;自由表面可使刚体的附连水质量减小,当刚体与自由表面的距离达到截面半径的6倍时,可以忽略自由表面的影响;当刚体的垂向运动频率较高或刚体与自由表面的距离较大时,可以认为自由表面的速度势为零.

基于绿色造船技术减振降噪措施在极地破冰科学考察船上的应用(英文)

为确保船上主要设备和精密仪器在恶劣极地环境下正常工作,改善船员宜居性,根据复杂隔振系统特点,对某极地破冰科学考察船上主要振源采用各种减振降噪技术。通过对主柴油发电机组和停泊发电机组分别采用双层隔振系统和单层隔振系统,机舱泵组采用浮筏隔振系统进行减振处理。为提高船员宜居性,采用阻尼材料和特殊结构吸收舱室内噪声。通过采用上述措施,大大降低了相关舱室振动和噪声等级。因此,随着减振降噪等绿色造船技术的发展,必然改善和造福人类。

高架轻轨噪声预报模型及实验对比

城市高架轻轨在缓解交通压力的同时也给其周边的环境带来了噪声问题。因此,其噪声预报开始逐渐受到技术人员的广泛关注。在前人研究的基础上提出一个轨道交通噪声沿水平方向传播的计算模型,把通过的列车看作一有限长线声源,将声场分为声影区和声照区。该模型不仅考虑了直达声的影响,还附加考虑声照区内的地面反射声、声影区内桥面与地面间的混响声以及地面振动引起的二次辐射声的贡献。为了验证理论模型的有效性,对上海市某高架轻轨运行段进行实测,测试与计算结果的趋势保持一致。通过不同模型计算结果与实测值的比较可见:在近场区增加混响声、地面反射声和地面辐射声,修正后的预报结果误差明显减小;在远场区,三种修正的影响随距离的增大而减小,因为声场趋于自由场。因此,所提出的预报模型可以作为高架轻轨声学设计参考。

基于威尔逊θ法的船舶推进轴系扭转振动计算

通过使用威尔逊θ法,在时域内把轴系扭转振动微分方程的响应历程按照一定的时间步长进行离散,根据各时间点上的动力学关系建立方程进行逐步求解。应用MATLAB编制计算程序,稳态响应结果与精确方法基本一致,同时获得了轴系元件在时域内的动态响应,且其中角位移动态响应中还包含了滚振分量。因此采用威尔逊θ法扭转振动计算,可以应用于非稳态工况的求解。

C型LNG船货舱区温度场分析

C型液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船货舱区的温度场计算通常采用简化一维传热计算方法,计算精度差,难以准确地确定货舱区船体结构温度场分布,从而影响货舱区结构材料级别选取的准确性。对此,根据C型LNG船货舱区的传热特点,介绍基于热传导、热对流和热辐射等3种传热方式的三维有限元温度场计算,并以某3000m^3 C型LNG船为例,比较在极端环境下采用简化传热计算方法和三维有限元传热计算方法得到的计算结果,发现采用三维有限元传热计算方法得到的温度场计算结果可体现整个货舱区各区域的温度场变化,可为准确选取结构材料级别提供依据。

船舶结构振动衰减快速预报（英文）

文章研究了典型船舶结构中加筋板的结构声传递规律,应用波分析法推导了加筋板多转角结构中的位移及能量传递表达式。此外,还应用有限元法分析了各种参数的影响,包括板厚、板长、板厚比、转角级数、加筋情况和转角形式。从计算结果可知,在船舶结构中,板厚和转角级数是影响振动衰减的重要因素,板长、转角形式板厚比和加筋情况也对其有一定的影响。转角角度的影响可以忽略。基于以上分析,文中提出了一个船舶结构振动衰减量预报公式,并对一缩尺船舶舱段模型进行了试验,从而验证了公式的有效性。这在船舶声学设计中对振动进行快速预报具有重要意义。

基于Visual Basic.NET的船舶动力装置数字化设计

基于Visual Basic.NET的船舶动力装置数字化设计是利用Visual Basic.NET的各项功能实现船舶动力装置设计的数字化、智能化。其中,利用Visual Basic.NET的计算功能实现基本计算的数字化;利用Visual Basic.NET与数据库的良好交互功能实现设备选型的数字化;利用Visual Basic.NET的数组进行矩阵计算实现模糊综合评判法的数字化;利用Visual Basic.NET对AUTOCAD调用以及AUTOCAD的块功能实现绘制系统原理图的数字化。船舶动力装置设计实现数字化后可提高设计效率,并且可以增加设计的科学性和准确性。