结构在无限流体域中振动时附连水质量的数值计算方法

通过对结构与理想流体耦合问题的分析 ,利用有限元法对流固耦合问题的附连水质量解耦的方法进行了研究 .对一些规则的结构进行了计算 ,同时与解析解及 Morison公式进行比较 .在对计算结果分析的基础上 ,提出了有限元法计算附连水质量时流体范围的划取方法 ,使实际工程计算能够有所依据地选定所要计算的流体范围 ,从而节省了计算工作量 .

附连水质量的边界元法求解

研究了计算水下结构动态响应中附连水质量的边界元方法;根据数值积分和边界元法的原理,应用直线单元对结构边界进行离散,将原有表达形式中复杂的曲线积分转化成可直接计算的数值积分形式,从而解决了奇异积分的问题;得到了更适于直接计算的系数矩阵和向量的表达形式,使边界元法更方便地应用于计算无限流场中不规则截面物体的附连水质量。最后,给出了典型算例,并与经典计算结果比较,误差均在4%以内。

无限长圆柱壳附连水质量与波数的关系

本文以浸在无限域流场中无限长圆柱壳的自由振动为例，利用势流理论，导出了附连水质量与壳体弯曲振动的轴向和周向波数的关系，并证明了附连水质量解法与精确解法的统一性，从而提出模态附连水质量的概念。

求附连水质量的一种直接方法

本文基于势流理论。

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.

求半无限域流场中物体附连水质量的一种简便解法

文献 [1 ]提出求解流场中物体附连水质量的边界元算法 ,对于无限域流场 ,只需对物体表面进行边界单元离散 .在此基础上 ,通过映象法和迭加原理修改 Laplace方程的基本解 ,将该方法推广到半无限域流场的情况 ,适用范围更广 .最后给出几个典型算例 。

穿浪双体船附连水质量计算讨论

针对高速穿浪双体船,应用两种不同的理论对其附连水质量进行计算;利用大型有限元计算软件Patran和Nastran建立了全船三维有限元模型,并分别计算和分析了该船的模态。结果表明对于穿浪双体船按这两种理论计算所得的结果相差很小,并与实船测试数据符合较好。

水中悬臂圆柱附连水质量的简化计算方法

采用解析方法研究了部分浸入水中的圆形悬臂柱的附连水质量分布,给出了无量纲的质量分布系数,通过对质量分布系数的数值拟合分析,附连水质量效应可最终表达为结构的等效质量密度,在振动计算中只需将浸入水中的悬臂柱密度用等效密度替代即可。采用试验方法测量了部分浸入水中的悬臂柱湿频率,简化附连水质量方法计算的湿频率结果与试验测量值吻合很好,表明本文的附连水质量简化公式可很好地描述附连水的质量效应。

基于振动测量的刚体附连水质量研究

为研究刚体附连水质量及其影响因素,本文提出一种基于测量自由振动固有频率的方法测量附连水质量,并设计实验装置研究不同工况下刚体振动频率、刚体浸深、水域宽度与深度对附连水质量的影响。实验结果表明,附连水质量随浸深及水域深度的变化规律与刘易斯法结果相近,水域越窄,附连水质量越大。在此基础上提出水中垂振刚体附连水质量的窄航道修正系数,对刘易斯法进行修正,修正后的计算结果与实测数据趋势一致,误差在可接受的范围之内,该结论对估算船舶附连水质量有一定的参考意义。

有限水域棒束附连水质量规律试验研究

本文对一个水箱内不同位置插入试验棒的模型进行试验研究。试验包含对棒的水平激振试验和对基座的水平冲击试验两部分,试验得出棒各阶附连水质量与其在无限水域中各阶附连水质量的比例系数,激励垂直于边界时,棒距边界距离越大附连水质量越小,平行时影响不大;激振试验中激励与两棒轴线共面时,附连水质量随棒间距增大而减小,且随棒数增多而变大,垂直时影响不明显;冲击试验中因两棒做同相位振动,故共面时附连水质量随棒间距增大而增大,垂直时相反。随着距离进一步增大,上述所有状态最终都趋于无限水域中单棒附连水质量。

有限水域棒束附连水质量计算方法

目的给棒束型核反应堆等类似结构的抗冲击性能设计提供一定理论依据。方法首先通过势流理论计算得出单棒速度势,再利用泰勒展开和坐标变换数学方法计算得出棒束在流体中产生的总势,继而导出棒束的附连水质量。结果从公式中获得了棒束附连水质量与棒距边界距离、棒间距、棒数及棒各阶模态之间的相互关系。结论该公式经有限元仿真计算和试验验证是合理的,可作为棒束型反应堆等类似结构抗冲击设计的依据。

流固耦合问题中的附连水质量研究

导弹在水下运行时受到水流,波浪和冲击波等流体动力的激励时弹体将产生振动,其周围流场亦将发生变化,这种流场的变化反过来使结构受到的流体动力激励发生变化,使弹体形成新的振型,这样便形成反馈的流体-结构相互作用的流固耦合问题。在用有限元解决此类问题时,原有的动力方程中将出现附连水质量项,所以对如何运用有限元法解决附连水质量的计算是十分有意义的。本文利用变分原理推导出三维流场中附连水质量的一般公式,并给出二维及三维单元的具体表达式,可供流固耦合问题分析选用。

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。

潜水深度对结构自振特性影响的数值分析

水下结构的自振特性不仅受流体动压力的影响 ,还受不同水深下的静水压力的影响。本文假设水为无粘、不可压、无旋流体 ,通过附连水质量解耦 ,用考虑初应力刚度的有限元方法计算了圆柱壳在不同水深下的自振特性 ,初步揭示了这种影响 。

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。

随机波浪力下超大型钢吊箱围堰动力响应分析

为了研究超大型深水钢吊箱围堰在随机波浪力作用下的动力响应,以苏通大桥5#钢吊箱为工程背景,建立了对应的整体有限元模型.基于文氏谱以及线性谐波叠加法完成了波浪频谱与波浪时程的转换,进而得到了钢吊箱在频域与时域内的动力响应,并与特征波法和规范静力法进行了对比.结果表明,钢吊箱基频高,整体刚度较大;考虑附连水质量的影响,钢吊箱的自振频率急速下降,更接近波浪力谱峰值频率,增大了共振的可能性,动力分析时必须考虑附连水质量的影响;波浪荷载作用下,钢吊箱的动力效应普遍增大,但幅度增大较小.实际工程中,应在静力计算结果的基础上乘以1.15的放大系数,或者直接采用特征波法进行计算.

不同介质中多舱段复杂壳体的振动模态特性研究

对流固耦合条件下结构模态特性的计算方法进行研究;设计一典型多舱段壳体结构模型,对该模型在空气和水中的振动模态特性进行计算,对比了"干"、"湿"模态之间的差异。结果表明,不同介质中的典型多舱段壳体结构振动模态特性差别较大,水中一阶垂向弯曲振动模态频率比空气中降低约30%,模态振型出现交错现象,各阶模态的模态附连水质量与模态振型有关。

波浪力作用下钢管桩施工平台随机动力响应分析

采用有限元分析程序提取了平台的各阶自振频率,以有效模态质量参与系数作为模态选择的依据,对随机波浪力作用下考虑结构与水耦合的的动力响应进行计算,并分析了附连水质量及动水阻尼对结构随机动力响应的影响。通过施工平台静、动力计算结果的比较,建议在进行施工平台的设计时,应充分考虑到波浪力的动力效应。

箱型船模底部板架流固耦合振动试验研究

对钢质箱型船模底板及板架进行了干模态和湿模态试验（包括单面附连水的模态和舱内有液体时的模态），通过试验结果和计算结果的比较，得出了对工程计算中如何处理舱内水问题的相关结论。