船舶结构振动的动刚度法应用

为了解决传统有限元法在船舶结构动力学问题中的不足,文中将结构声辐射理论与动刚度法建模理论相结合,发展了带流体负载的加筋板结构的动刚度法。首先建立了一种同时考虑板面内振动和弯曲振动的动刚度建模方法,可用于模拟组合板中耦合处的波转换。然后建立了带异型截面梁的动刚度法,其考虑了板和梁的拉压、弯曲和扭转。此外,还将由结构振动诱发的流体负载以辐射阻抗的方式的形式引入,建立了带流体负载的动刚度法。最后,文中将动刚度法推广到组合板结构的振动传递问题中,通过与有限元方法的对比验证说明该方法的巨大应用潜力。

船舶推进装置气囊隔振系统对中可控性问题研究

对船舶推进装置气囊隔振系统对中可控性问题进行了系统研究。通过建立控制响应计算模型、多目标对中控制模型,提出了对中可控性分析方法,使得控制系统能够根据不同工作情况自主调整控制系统工作参数,以保持良好的对中控制收敛性能,并通过实验验证了该方法的可行性。该方法已应用于某型船舶推进装置气囊隔振系统,成功实现了气囊柔性支撑状态下的推进装置高效隔振。

螺旋桨激励条件下结构振动特性研究

为研究复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨在锤击激励以及非稳态激励条件下的结构模态固有特性和水下振动噪声特性,在设计的试验环境下,对处于水介质以及空气介质中的复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨5桨叶进行模态激励试验,得到两型螺旋桨各桨叶的固有频率、模态振型以及阻尼比,并分析两型桨5桨叶之间的差异;针对桨-轴系统在临界转速工况下出现空化而导致的异常振动噪声现象,选取螺旋桨发生空化前的辐射水声频谱,对两者进行了对比研究;另外,试验还模拟桨-轴系统在高速运转下的停车运行工况,对停车运行过程的振动噪声时频特性进行分析。试验研究结果表明:前3阶模态中,复合材料螺旋桨各桨叶之间的差异比铜质材料螺旋桨之间的差异要大,但两型桨叶的振型基本一致;螺旋桨发生空化时,产生的叶频及其倍频幅值放大了约2~10倍;停车运行过程中,变流速,变转速产生的变激励力是引起振动噪声时频变幅特性的主因。该研究成果对新材料、新工艺在船舶推进器声学设计有较好的指导作用,对螺旋桨在非稳态激励下的噪声源声学特性有全面认识。

碳纤维改性聚四氟乙烯的摩擦及振动性能

文中研究了20%的碳纤维(体积分数)改性聚四氟乙烯在干摩擦和水润滑摩擦条件下的摩擦系数、磨损性能和摩擦振动性能。结果表明:(1)在干摩擦下,随着线速度增加,摩擦界面生成大量的热,黏着磨损和磨粒磨损严重,表面越来越粗糙,摩擦系数明显变大,摩擦振动加速度增加。而在水润滑条件下,随着线速度增加,摩擦界面间形成了一层水润滑膜,使摩擦系数降低,另外由于转速增加,使流噪声增加,从而使振动增加。(2)在干摩擦下,随着比压增加,摩擦系数和摩擦振动变化较大,而在水润滑条件下,随着比压增加,摩擦系数和摩擦振动变化较小。(3)干摩擦时,碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料在不同比压下的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损;水润滑条件下,碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料在高比压下的磨损机理主要是黏着磨损。因此,碳纤维改性聚四氟乙烯复合材料应该在水润滑条件下应用有利于提高耐磨性,降低摩擦系数和摩擦振动。

大型油船舱室噪声评估与控制(英文)

随着国际海事组织对船上噪声控制要求的提高及强制规则的出台,船舶噪声级成为民船设计中需要重点关注的指标之一。为了满足船上噪声限值要求,声学设计工作需要纳入船舶设计流程中。文中针对船舶结构和噪声源的特点,在采用统计能量方法评估船舶声学设计效果的基础上,对不满足限值要求的舱室提出相应的控制措施,保证了该船舱室噪声满足MSC337的限值要求。大大提高了船舶声学设计的效率。

基于少量测点的水下辐射噪声评估模型（英文）

文章针对复杂结构的水下辐射噪声实时评估问题,提出了一套基于工况传递路径法的线谱条件下理论模型,在确保辐射噪声评估准确性的同时,减少了传感器的使用数量。模型与工况分类相结合,提高了辐射噪声的评估精度。之后对该模型进行了数值仿真和湖上试验验证,结果表明,提出的模型简单有效。频段辐射噪声评估误差小于2 dB,多数线谱峰值频率处误差小于2.5 dB。该研究对船舶噪声评估具有参考意义。

具有内部纵板的水下有限圆柱壳体的强迫振动（英文）

运用拉格朗日方程,导出具有内部纵板铰接或固接的水下有限圆柱壳体的振动方程。平板和圆柱壳体的位移场皆采用假设振型展开形式,而壳体和平板之间的位移连续条件通过引入拉格朗日乘子法实现。壳体振动诱发的流体负载采用格林函数和边界振速乘积的边界积分方程表示。采用文中方法得到的壳体结构自然频率和强迫响应同解析法、有限元结果符合良好,表明该方法对于处理具有内部平板结构的有限圆柱壳体的动力学问题有较好适用性和较大潜力。

轴压复合材料蛋形壳屈曲特性

在对模态缺陷条件下轴压复合材料柱形壳进行屈曲分析的基础上,结合仿生学原理对柱形壳进行形状优化,运用等质量、等容积两种方法,设计与柱形壳开口直径相同的蛋形壳,研究其多模态屈曲特性。结果表明:相对复合材料柱形壳,蛋形壳具有更好的轴向承载能力与更低的缺陷敏感度。从工程实例出发,以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为背景,采用分段式模块化设计的方法,在5%多模态缺陷条件下,研究一般钢结构柱形壳桩腿、碳纤维复合材料柱形壳桩腿、碳纤维复合材料多蛋交接形桩腿的轴压屈曲特性。结果表明:在相同的承载能力下,复合材料多蛋交接形桩腿具有更小的质量、更低的缺陷敏感度与更好的稳定性。

舰船用高内压气囊隔振器理论与设计

对国内首次研制的高内压重载气囊隔振器的理论、设计和试验问题进行了系统研究。建立了高内压气囊隔振器的耐压安全性、刚度和固有频率等性能参数的准确计算方法,分析了结构和工艺参数等对该气囊隔振器性能的影响,提出了控制措施,通过产品设计和性能试验验证了理论方法的正确性、控制措施的有效性。研制的系列舰用高内压重载气囊隔振器性能完全满足舰船使用要求,已在舰船数十吨和数百吨级的高性能隔振装置上大量应用。

混响声场条件下水声互易传递函数的测量及应用

对不规则的混响声场情况的互易测量方法进行了理论研究,对相关测量误差提出了修正方法。通过测量结果的空间平均和混响环境对声能密度影响的评估,修正了声源体积速度的计算值,并在水中进行了试验验证。经修正后的互易测量结果与正向实测结果基本一致。表明混响声场不影响互易原理有效性的成立,但影响了声源体积速度的计算,进而影响了应用互易原理对传递函数的测量。提出的修正方法在不规则的混响声场情况下简单有效,结论为今后基于互易原理的工程应用提供了参考和依据。

直线共轭内啮合齿轮泵输出流量脉动的测试研究

为准确掌握直线共轭内啮合齿轮泵的输出流量脉动特性,推导分析了“二次源”流量脉动测试方法,分析了各阶段可能引入的误差参数,评价了各参数对测试结果准确度的影响;详细推导了阻抗拟合和流量脉动的计算方法,并编译了可视化数据处理软件;最后搭建测试平台,实测直线共轭内啮合齿轮泵的输出流量脉动曲线,与理论曲线进行了对比。测试结果表明:采取的流量脉动数据处理方法准确可行;该直线共轭内啮合齿轮泵输出流量脉动以一阶线谱为主,且随转速的增大先减小后增大。

内啮合齿轮泵发展综述

内啮合齿轮泵结构紧凑,振动噪声低,发展优势明显。为深入掌握内啮合齿轮泵发展动态,首先介绍了渐开线和直线共轭两种内啮合齿轮泵的结构特点,分析了不同类型内啮合泵的优缺点;其次总结了两种类型内啮合齿轮泵产品发展现状和新产品的开发动态,梳理了当前关于两种类型内啮合齿轮泵的研究热点和技术方向;最后指出了我国内啮合齿轮泵产品发展所面临的严峻形式,对全面理解内啮合齿轮泵,推动国产化内啮合齿轮泵的技术进步具有参考意义。

基于Abaqus的水下结构声辐射仿真方法

提出一种在Abaqus中直接完成辐射声场仿真的方法,该方法可大大减少流场网格层数.利用无限元的计算结果求解任意远处球形声场的声压;结合弹性球壳的解析解算例验证该方法的正确性,并将该方法拓展到细长型结构中.结果表明:基于Abaqus无限元的水下结构声辐射的计算方法简单、可行;采用有限元与无限元相结合的方法可以大幅度缩小流场区域.

轴压复合材料柱形壳屈曲特性

以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为研究对象,得到复合材料柱形壳较为合理的结构尺寸、铺层方式,提高其轴向承载能力.首先,通过碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)材料单轴拉伸试验得到复合材料柱形壳试验样本的材料属性,用于柱形壳的计算与分析.其次,基于复合材料薄壳理论,得到轴压复合材料柱形壳屈曲临界载荷解析解,对比线弹性屈曲有限元分析,验证了理想柱形壳有限元模型建立的正确性.再次,由复合材料柱形壳缺陷测量试验得到其初始几何缺陷,由轴向压缩试验得到其轴压屈曲特性,对比非线性屈曲有限元分析,验证了缺陷柱形壳有限元模型建立的正确性.最后,结合线弹性屈曲分析结果,引入模态缺陷,从线弹性和非线性屈曲分析两个方面,研究铺层角、铺层数、各层纤维厚度、几何尺寸对复合材料柱形壳轴向承载能力的综合影响规律,得到各模型的屈曲特性与缺陷敏感性.从生产制造与工程实际出发,建立一种系统的CFRP型复合材料柱形壳设计计算流程、失稳分析方法,对于复合材料柱形壳的设计、校核、优化具有指导性作用.

船用橡胶轴承刚度分析

为进行轴系与船体的耦合结构动力学分析,将船用橡胶轴承与轴颈的相互作用简化为以集中质量和刚度形式表述的动力学缩聚模型,并通过接触非线性有限元分析提取轴承结构的等效质量和等效刚度,准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力下的力学行为.计算橡胶轴承结构等效质量、等效径向刚度、等效扭转刚度以及等效转动刚度等,并讨论橡胶压缩性对轴承刚度的影响.结果表明:随着橡胶可压缩性的增强,轴承的等效径向刚度增强,扭转刚度减弱.

复杂机械隔振系统阻抗与传递损失关联性研究

复杂机械系统一般由弹性元件和刚性元件构成。在系统稳态运行状态下,弹性元件与刚性元件构成的系统阻抗是影响隔振系统传递损失的关键因素。首先建立双通道传递系统阻抗数学模型,搭建了双层隔振机械系统试验台架,使用B&K 3660D型多通道测量系统以及B&K 8203型力锤,采用锤击激励法测量阻抗,得到系统初始安装状态的机械阻抗。然后通过调节机械系统基座结构强度,以及管路系统支撑刚度,研究两传输通道系统阻抗与机械系统隔振效果,管路系统传递损失之间的关联性,最后分析出了两传输通道系统阻抗与两者之间的定量关系。试验研究表明:1.适度提高基座结构阻抗有利于隔振装置的隔振效果,当隔振系统的隔振效果不能满足设计的要求时,增大试验基座阻抗有利于系统的隔振效果,2.通过改变管路系统弹性元件的属性及其布局形式,能有效增大管路系统的阻抗,提高挠性管路系统的能量传递损失,有效降低隔振系统的基座振级。

介电弹性体材料预拉伸率对电致应变特性的影响

为了在相同的激励电压下获得更大的应变率,介电弹性体的预拉伸率必须经过合理选取,为此对比了常见的三种超弹性材料模型(Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型和Ogden模型),然后选用Yeoh超弹性材料模型进行了理论推导,解出了应变随激励电压和预拉伸率变化的关系曲线,并通过Matlab进行了仿真分析。结果表明:在不同预拉伸率下,膜型材料的电致应变特性差异较大,且对于一定的应变率,预拉伸率-激励电压曲线存在最优解。

基于互易原理和空间平均的水下传递函数测量

提出了不均匀混响声场中扩散声场互易传递函数的测量方法。通过交换激励位置和测量位置,互易测试可以回避正向测试中所遇到的激励空间狭小,受激结构脆弱等问题。基于空间平均方法,可以在混响声场中得到扩散声场传递函数。结合互易传递函数测量技术和虚拟力重构技术,可以仅依靠振动数据评估水下结构辐射噪声。通过数值仿真和湖上试验验证了上述理论。仿真和试验结果表明,提出的方法可以应用于复杂水下结构,有效消除不均匀混响声场的影响。相关工作可以为互易原理和空间平均方法的研究提供参考。

超高加速度抛射体内电子芯片的两维欧拉—拉格朗日模拟（英文）

文章建立两维欧拉—拉格朗日模型以研究抛射体发射过程对其内部电子芯片的冲击及其机理。该模型计入了火药燃烧的两相流动、抛射体结构运动及流固相互作用,其中火药的固体相和气体相分别采用了线性和指数状态方程描述。通过数值结果分析了以位移、弹口速度、加速度表征的抛射体过程中的冲击响应,并讨论了火药比能对抛射体的加速度冲击及对其内部电子芯片的冲击的影响规律。该模拟方法也可供船用智能火炮系统抗冲击分析及船上电子设备生存能力设计时参考。

紫外老化对聚醚-MDI型聚氨酯弹性体性能的影响

采用紫外老化加速方法模拟高分子材料自然老化现象,探究聚氨酯材料老化前后性能差异,为聚氨酯制品工业化生产参数的选定提供参考。选择聚醚-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚物为研究对象,一步法合成了聚醚-MDI型聚氨酯弹性体试样,对试样的力学等性能进行了测试,同时对紫外加速老化120 h,240 h后的试样也做了同种性能测试。结果发现,紫外老化前后试样的拉伸强度由21.8 MPa提高至30.8 MPa,撕裂强度由93 kN/m上升到109 kN/m,氧指数由23.4%下降至21.4%,其他方面性能均无明显变化,分析可能是受到端基官能团和物料内部残留的少量扩链剂等因素影响,聚氨酯内部结构及柔顺性出现了微妙改变,导致其相关性能出现了不同程度的变化。