基于虚拟质量法的高速船总振动直接计算

考虑到船舶总振动计算时,附连水质量的计算方法直接关系到总振动计算精度,以某高速船为例,采用有限元分析软件MSC.PATRAN/NASTRAN进行总振动特性计算分析,介绍有限元模型建立、非结构重量模拟,以及重量重心调整,重点分析虚拟质量法在附连水质量计算中的应用,计算结果表明,该船的总振动频率储备满足相关规范的要求;实船使用验证表明,4种典型工况下均未发现全船性的明显振动,基于虚拟质量法的高速船总振动计算结果可靠,可满足工程计算要求。

基于虚拟质量法的水下航行器燃料贮箱模态分析

为分析并解决水下航行器燃料贮箱结构共振问题,基于虚拟质量法建立了水下航行器燃料贮箱有限元模型,对燃料贮箱干状态、充液状态进行模态仿真计算,提取前4阶呼吸模态固有频率及振型,研究不同隔板位置对贮箱结构振动特性的影响,获得隔板位置与模型固有频率最大值的对应关系,为燃料贮箱结构设计、性能改进提供数值依据。

基于流固耦合的机车燃油箱冲击计算及试验验证

为解决某型机车燃油箱在流固耦合条件下冲击工况的仿真计算问题,用燃油箱小模型对比了虚拟质量法与瞬态法相结合等4种仿真方法的结果,并基于标准冲击谱进行了冲击试验,同时将仿真结果与试验值进行了对比验证。对比结果显示,虚拟质量法与瞬态法相结合的仿真方法分析流固耦合条件下箱体的冲击工况最为准确。以1/3箱油液高度工况为例,计算了该型燃油箱在冲击工况下的三向应力,计算结果表明,在1/3箱油液高度的条件下,其冲击应力小于许用应力值,满足使用要求。研究结果对分析结构流固耦合条件下的冲击应力具有一定的指导意义。

航天器噪声试验中结构振动响应预示方法研究

航天器在随运载火箭发射过程中要承受严酷的噪声环境,需通过噪声试验来检验航天器承受噪声环境并能正常工作的能力.航天器噪声试验中结构振动的响应特性是结构强度设计应该考虑的因素之一,更是制定器上组件随机振动试验条件的重要依据,因此有必要在航天器研制初期对噪声载荷作用下的结构振动进行响应预示.文章应用商用有限元分析软件MSC.Patran和MSC.Nastran建立了某型号航天器结构舱板的有限元模型,将噪声载荷声压谱转换为脉动压力功率谱密度,进而采用模态法分析结构在噪声载荷作用下的随机振动响应,并将仿真预示结果与试验结果进行对比研究,在仿真分析中考虑阻尼参数模型和流场附加质量效应等因素的影响;通过研究表明:采用阻尼比随频率提高而减小的经验阻尼参数模型可以较好地反映中高频响应特性、得到较为准确的总均方根响应分析结果,进一步采用虚拟质量法考虑流场附加质量效应可以得到较为准确的功率谱密度响应分析结果.文章提出的仿真分析方法建模简便、计算成本低,适用于在航天器研制初期对航天器噪声试验中的结构振动进行响应预示.

充液容器流固耦合模态仿真分析研究

主要介绍目前容器类流固耦合模态分析最常用的两种计算方法:声固耦合法及虚拟质量法。从理论上分别对这两种方法进行分析,并指出它们之间的联系与区别:虚拟质量法采用了声固耦合法在不可压缩流体情况下的形式,并有所改进,即流体的作用完全由虚拟质量阵来体现,而流体的虚拟质量阵则通过具有解析解性质的边界元法获得。最后,通过开口方槽干状态、湿状态的无阻尼模态仿真分析研究,揭示出流体对结构模态特性影响的变化规律,同时指出了两种方法(虚拟质量法、声固耦合法)对结构湿模态计算结果有规律性的差异:随着振动频率的升高,不仅容器内流体对结构模态特性的影响在减小,分析湿模态的两种方法所得到的计算结果之间的差别也在逐渐减小。

船用螺旋桨振动特性数值计算与分析

为了降低螺旋桨结构振动产生的水下辐射噪声,采用结构有限元耦合流体边界元的虚拟质量法,运用通用有限元软件MSC.NASTRAN计算了螺旋桨在空气中和水中的固有频率和振型,分析了流体与结构之间的相互作用对螺旋桨振动特性的影响。研究结果表明:虚拟质量法能够准确计算螺旋桨在水中的固有频率;螺旋桨在水中的固有频率要显著低于空气中的固有频率,且在水中的振动位移也比空气中小;无论在空气中还是水中,螺旋桨都存在三类基本的桨叶振型;螺旋桨在空气中和水中的振型存在差异,且随着频率的升高二者差异明显;对于不同阶桨叶振型,固有频率随模态阶数的变化显著,而对于同一阶桨叶振型,这种变化并不明显;对于同一阶桨叶振型而言,随着频率的升高,频率缩减比呈递增趋势,相应的附连水质量依次减小。

流固耦合对油气井管柱振动特性的影响分析

以油气井管柱为例,分析了流固耦合作用对管柱振动特性的影响。首先建立了有无流固耦合管柱振动方程,阐述了考虑流固耦合对管柱振动特性分析的重要性。再应用ANSYSWorkbench软件建立有无流固耦合管柱三维有限元模型,运用Modal分析模块分析了空管柱、气固耦合管柱、液固耦合管柱三种情况下管柱的固有频率与振型等振动特性。与无流固耦合管柱振动特性对比表明:考虑流固耦合作用时管柱固有频率小于无流固耦合时空管柱的固有频率;与气固耦合相比较,液固耦合时管柱固有频率降低量更大,高达13%;管柱固有频率基本随阶数呈平方关系增长;管柱各阶固有频率均随管柱长度的增加而非线性下降;流固耦合作用对管柱的振型几乎没有影响。流固耦合作用影响管柱的固有频率,尤其是内部流体密度很大时,这种影响更不能忽略。考虑流固耦合作用下管柱振动特性的分析为管柱动力学分析提供了依据,也可为避免结构的共振提供参考。

导流管模态分析方法及论证

基于虚拟质量法的基本理论,采用通用有限元分析软件MSC.NASTRAN对多个导流管模型进行固有模态分析,对比不同介质中导流管模态计算结果,分析论证附加质量对导流管振动特性的影响,探讨导流管模态分析更加可靠、准确的建模方法;对比不同湿模态计算方法结果,论证得到更加准确、高效的湿模态计算方法。

基于CFD/CSD耦合含间隙三维全动舵面气动弹性研究

发展了一种考虑间隙非线性的三维计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合气动弹性算法。结构分析采用虚拟质量法,即把含间隙的非线性系统划分为三个线性子系统,采用虚拟质量模态作为统一的坐标架去表示各线性子系统。结果表明,虚拟质量法计算的线性子系统模态和动力学响应均与有限元直接计算结果一致。结构运动方程积分采用自适应时间步长法,即当线性子系统发生切换时,通过时间步长的自适应使得切换点可以准确捕捉。切换点和自适应时间步长的搜索采用二分法,计算表明二分法能有效地捕捉切换点并保证了数值稳定性。在此基础上与非定常CFD技术结合,在跨音速条件下对三维全动舵面开展气动弹性响应研究。计算表明结构在低于和高于线性颤振速度下均会形成极限环振荡。由于间隙非线性的影响,跨音速极限环的临界速度比线性颤振的跨音速凹坑下降了20%。

界面响应不可测的刚性耦合系统逆向子结构分析

获取产品运输系统的动态响应特性是进行缓冲包装设计的关键,逆子结构理论是一种在线预测部件频率响应函数的方法,大多数机电类产品的物流运输是通过螺栓等方式与货车、轮船等运载体直接刚性连接。由于耦合界面处物理空间的限制或者脆弱部件的干扰,难以在此同时进行激振和拾振,使得测量信息面临不完备的风险,传统的逆子结构理论是基于测量信息完备基础上的。提出利用虚拟质量法来获取耦合界面处难测频响函数的方法,建立基于虚拟质量法的界面响应不可测的刚性耦合逆子结构理论。然后利用集总参数模型对该理论进行了验证,结果显示预测值与计算值完全吻合,最后通过物理模型实验对该理论在实况条件下的有效性进一步验证。该方法为子结构解耦问题中的测量信息不完备问题提供了一种思路。

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。

水下圆锥双壳结构振声分析及减振优化

联合使用虚拟质量法和一般流固耦合有限元方法,分析某水下圆锥双壳结构在螺旋桨纵向激励下的振动情况,并用边界元方法进行声学计算。这种分析方法既能有效地计入内外流场对结构振动的影响,又避免了复杂的外场流体建模工作。此外,通过计算验证了液压动力减振器对降低螺旋桨纵振引发的辐射噪声具有良好效果。在理论方案的基础上提出一个简单可行的减振器参数优化方案,经过优化,进一步降低结构的辐射噪声。

罐式集装箱流固耦合冲击响应谱分析计算

为模拟罐式集装箱的铁路冲击试验过程,用流固耦合模型进行响应谱分析计算,并采用虚拟质量法处理罐内液体.试验表明该方法比瞬态计算方法更实用,并且符合国际标准要求.该方法准确高效,可增加试验成功的可能性,减少产品研发设计成本.

舱内液体模拟方法对船体振动分析的影响对比

为更准确地模拟船体振动,使用质量点分布法、多点约束法以及边界元计算虚拟质量的方法分别模拟一小型船模舱内液体,对船模振动模态进行分析并与实验值进行对比。采用这3种方法分析某型油船的振动模态并对结果进行对比分析,研究表明采用虚拟质量法模拟舱内液体附加质量时得到的船体振动固有频率更符合实际,而质量点分布法和多点约束法的质量分布受人为因素影响较大,虚拟质量法更具工程应用价值。

汽车燃油箱流固耦合模态分析

本文分析了流固耦合法和虚拟质量法两种模拟流体对结构动力学特性影响的方法,对比了两种理论的前提假设的差异。对某款车型燃油箱,分别建立了基于这两种方法的有限元模型。通过对比两种有限元模型的模态分析结果和测试结果,表明基于虚拟质量法的模态分析结果比流固耦合模态分析结果更接近实际测试。

模态求解中的若干问题研究

机械结构不仅需要有良好的静态承载能力,还需要有优异的动力学性能。模态分析是结构线性动力学的分析基础,文章采用有限元法针对影响模态分析精度的预应力(螺栓预紧力和压力容器)、摩擦系数、介质(液体或者气体)、网格粗糙度进行了详细的对比分析,结果表明模态对较小的预应力以及摩擦系数更加敏感,湿模态频率比采用质量点法计算的频率模态较低,当单元尺寸较小时,模态频率变化不明显,当单元尺寸超过某一限度时,模态频率出现丢失甚至错误。