一种非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能研究

引入圆柱壳圆截面内运动假设,利用模态法推导非均匀环肋圆柱壳模态机械阻抗解析式;通过模态机械阻抗控制法,围绕激励力位置设置阻抗增强肋骨,构造一种非均匀环肋圆柱壳;采用FEM/BEM法对该非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能进行研究,并通过模型振动试验与普通环肋圆柱壳进行对比分析。研究表明:通过增大环肋机械阻抗、合理地布置阻抗增强环肋位置构造的非均匀环肋圆柱壳,可有效降低结构振动响应和辐射噪声水平,具有较好的振声性能。

水下非均匀环肋圆柱壳多学科设计优化

[目的]水下结构对强度、质量和振动噪声等的要求严格,为提高结构整体性能,从多学科角度优化水下结构设计具有重要意义。[方法]首先,采用改进的目标传递方法和代理模型优化水下结构振动声辐射设计,即采用改进的目标传递方法(将拉格朗日对偶原理运用到传统分级目标传递法中)实现对设计问题的分级和不同学科性能下的并行优化,并构建Kriging代理模型来解决水下结构振动声辐射计算耗时的问题;然后,以水下环肋圆柱壳(水下航行器)为例,针对轻量化、强度、振动与声辐射方面的要求,选取6个设计变量,以环肋圆柱壳的质量、应力、共振频率及其所处位置的声功率级作为目标函数,建立并行模型进行多学科设计优化。[结果]结果表明,Kriging代理模型可准确和实时预报空间任一点的响应;改进的目标传递法不仅获得了多学科优化结果,且与传统传递方法相比收敛性提高了30%。[结论]研究表明,基于所提方法得到的多学科设计优化结果更理想且收敛性更好。

近似模型在非均匀环肋圆柱耐压壳优化中的应用研究

为提高潜水器耐压壳的稳定性和材料的利用率,该文在圆柱耐压壳设计中引入了非均匀肋骨布置方案,采用不等刚度不等间距分布的肋骨形式。在优化过程中,引入了近似模型技术,提出基于近似模型的非均匀环肋圆柱壳结构优化设计方法,通过试验设计在设计空间内选取样本点,建立近似模型,并以此搭建了近似模型优化策略对环肋圆柱耐压壳进行优化。研究结果表明,对于非均匀环肋圆柱壳采用合理的肋骨布置方案能有效地提高其力学性能及材料利用率;二阶RSM近似模型和RBF近似模型均能合理反映样本空间的样本点,基于近似模型优化方法能以较小的计算量克服优化过程中出现的数值噪声和错误。良好的优化结果表明该优化方法具有广泛的应用前景和空间。

基于EBF神经网络的复合材料耐压壳性能研究

为了对水下航行器非均匀内部环肋复合材料耐压壳进行高效率结构性能设计,基于复合材料可设计性特点,应用复合材料细观力学刚度的材料力学理论与有限元分析方法对耐压壳结构进行力学仿真分析,结合EBF椭圆基神经网络近似模型技术以及拉丁超立方设计试验方法从细观层面对组分材料属性在非均匀环肋复合材料耐压壳性能中的影响进行研究。结果表明:纤维和基体的弹性模量对耐压壳结构材料力学性能影响最大,剪切模量对各力学性能影响都很小。在组分材料属性一定的情况下,随着纤维体积分数增加,Tsai-Wu失效指数和临界失稳压力有所提高,而相邻肋骨中点处壳板周向应力、肋骨处壳板轴向应力和肋骨应力随之降低。因此,在非均匀环肋复合材料耐压壳设计过程中应重点考虑较大弹性模量以及适当纤维体积分数的组分材料以达到结构性能最优化的目的。

非均匀加筋圆柱薄壳圆截面内振动的径向模态机械阻抗分析

提出圆柱薄壳的圆截面内运动假设,从声学角度将环肋对壳体的作用等效为径向作用力,根据Hamilton原理建立了简支非均匀加筋圆柱壳的振动控制方程,利用驻波形式解对其径向模态机械阻抗进行了研究。分析表明:对于加筋圆柱壳,环肋与圆柱薄壳的径向模态机械阻抗具有串联连接方式,通过调整环肋的几何参数增大环肋自身的径向模态机械阻抗,可以达到壳体减振降噪的目的,并指出了利用环肋的反共振特性进行加筋圆柱壳结构减振的设计方向。