管内流速对充液壳输入能量流的影响

分析一弹性薄壁充液圆柱壳，从Fugge壳体方程和均匀流场中的声波方程出发，利用边界条件；推导出声振耦合系统的频散方程。用傅氏变换求得在周向简谐力作用下输入能量流的表达式，并用沿复波数域的纯实轴进行数值积分的方法求得其结果，管内流体流速对结果的影响也进行了讨论与分析。     

双层周期加肋有限长圆柱壳声散射精细特征研究

研究了双层周期性加肋有限长圆柱壳在水中的声散射特性. 壳体振动用薄壳理论的Donnell 方程描述,环肋振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述,忽略弦间流体对环肋轴向力的作用. 数值计算给出远场收发合置情况下的周向目标强度和角度-频率谱图,并据此进行机理分析. 计算结果表明远场散射声场中除壳体弹性贡献外,弦间流体以及环肋与内外壳的相互作用对散射声场的贡献也是很重要的,并且在角度-频率谱中出现了舷间流体引起的流体附加波以及周期环肋引起的Bragg散射等回波精细特征,其中流体附加波是双层加肋圆柱壳声散射最重要的散射精细特征,是以往单层圆柱壳声散射所不具有的现象. 最后通过实验对理论推导进行了验证,实验与理论基本符合. 关键词： 声散射 圆柱壳 环肋 流体附加波     

充水圆柱壳声散射的环绕波分析

研究了内部充水圆柱壳散射声场的构成。采用弹性薄壳理论和Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法导出散射声场的解析解。数值搜索环绕波的复波数极点,比较圆柱壳体内部真空和内部充水两种情况下表面环绕波的相速度、衰减等性质。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。计算流体附加环绕波的回波时序并与实验数据对照。结果表明,流体附加环绕波的再辐射是内部充水圆柱壳的形态函数出现更加丰富的共振峰和回波结构形成的重要原因。      

周期性加隔板有限长圆柱壳声散射

研究内部真空周期性加隔板圆柱壳在水中的声散射特性.壳体振动用薄壳理论的Donnell方程描述,隔板振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述.考虑轴向、切向、径向三个方向的力和弯矩共同作用导出了散射声场的解析表达式.数值计算给出远场收发合置情况下的角度-频率谱图,并据此进行机理分析.通过与内部周期性加环肋圆柱壳声散射的角度-频率谱图比较发现,除周期加肋产生的Bragg散射波与弯曲Bloch-Floquet波外,加隔板的情况还存在明显的隔板共振亮线,并且发生隔板共振与壳体弹性波、Bragg散射波、弯曲Bloch-Floquet波耦合的现象.通过实验对理论进行了验证,在实验的频率范围内,Bragg散射亮线与理论符合得很好,部分Bloch-Floquet波散射亮线和隔板共振散射亮线也与理论符合.     

水中双层无限长圆柱壳体声散射

研究水下双层无限长圆柱壳体的声散射。采用弹性薄壳理论和Fourier变换方法导出了散射声场的解析解。并分别计算了平面波正横和斜入射单层和双层无限长圆柱壳体的远场散射形态函数。计算表明在不同的入射角,由于不同类型的弹性波被激励,散射波呈现不同的特性。通常双层无限长圆柱壳体的散射特性由外壳、内壳和中间耦合水层共同作用决定。但外壳很薄、内壳较厚、水层较薄时,无限长充水双层圆柱壳体的低频散射特性主要由单层内壳决定。当然这时外壳的共振特性也不能忽略。     

阻尼材料敷设方式对双层壳体声辐射性能的影响

研究了内、外壳体敷设粘弹性阻尼材料的有限长加肋双层圆柱壳的振动和声辐射性能,采用经典Flugge微分算子描述壳体的运动,运用Helmholtz波动方程和壳体表面的边界条件来求解位于内、外层壳之间的环形流场,并利用傅氏变换, 可以求出声压的表达式,粘弹性阻尼层的运动用三维Navier方程描述,将阻尼沿厚度方向的位移用泰勒展开表示,利用不同的位移和应力的连续性边界条件分别建立了无阻尼以及三种阻尼材料敷设方式的振动方程,并用数值计算讨论了光壳和三种阻尼材料敷设方式对三种壳间连接形的双层壳体振动和声辐射的影响,结果表明敷设阻尼材料能降低壳体的辐射噪声,并且内壳敷设阻尼比外壳敷设阻尼的减振降噪效果好,内外壳均敷设阻尼材料的减振降噪效果最好。     

部分浸没圆柱壳声固耦合计算的半解析法研究

部分浸没圆柱壳-流场耦合系统的声振分析是一种典型的半空间域内声固耦合问题,其振动及声学计算目前主要依赖于数值方法求解,但无论从检验数值法还是从机理上揭示其声固耦合特性,解析或半解析方法的发展都是不可或缺的.本文提出了一种半解析方法,先将声场坐标系建立在自由液面上,采用正弦三角级数来满足自由液面上的声压释放边界条件;接着基于二维Flügge薄壳理论建立了以圆柱圆心为坐标原点的壳-液耦合系统的控制方程;然后再利用Galerkin法处理声固耦合界面的速度连续条件,推导得到声压幅值与壳体位移幅值之间的关系矩阵并求解该耦合系统的振动和水下声辐射.与有限元软件Comsol进行了耦合系统自由、受迫振动和水下辐射噪声计算结的对比分析,表明本文方法准确可靠.本文的研究为解析求解弹性结构与声场部分耦合的声振问题提供了新的思路.     

纵流壳程换热器壳程近壁区流场和温度场数值研究

对新型纵流壳程换热器壳程近壁局部区域的流场和温度场进行了数值模拟研究,总结了换热器横截面内各换热管壁面对流传热系数与换热管距壳体轴心距离的关系,分析了近壁区域非规则流道内流体对流传热系数较壳体中心主流区内规则流道大的原因,为换热器壳程内关键局部区域流体流动和传热状况的改善以及进一步的结构优化提供了直观依据.提出的纵流壳程换热器周期性全截面计算模型,为发现和解决换热器中与局部位置流体流动和传热细节相关的深层次问题提供了良好的辅助手段.     

载流双层壳的声振特性研究

本文对内外壳间具有轴向均匀流的无限长同轴圆柱体弹性薄壳（以下简称双层壳）的声振特性进行了研究。采用壳体与流体充分耦合模型，分析了钢壳－水流以及铝壳－气流两个壳－流耦合系统以呼吸模态（ｎ＝０）和梁模态（ｎ＝１）振动时的频散特性，并讨论了流动对这两个系统的频散曲线的影响。     

双层壳－流耦合系统的频散方程

同轴圆柱体弹性薄壳（以下简称双层壳）与内外壳间均匀流动的环形流所构成的双层壳－流耦合系统的频散特性，是研究该系统声振特性的基础。本文从Ｆｌｕｇｇｅ无限壳体方程和均匀流场中的声波方程出发，利用边界条件，对该系统的频散方程进行了推导，并给出了相应的算例。     

复杂双层壳体声辐射性能分析

研究了加肋的环板双层壳体的振动和声辐射性能,采用经典Flugge微分算子描述壳体的运动,通过将加强构件等效为反力和反力矩加在内外壳体的表面上而引入壳体振动方程,并利用Helmholtz波动方程和壳体表面的位移连续条件来解位于内层壳和外层壳之间的环形流场,最终建立和求解了双壳体声-流体-结构耦合方程,详细讨论了双壳体参数和双壳间连接型式的变化对其声辐射性能的影响。得出了以下结论:双层壳体内外壳间距减小,内外壳的耦合作用就越强,壳体辐射声功率和表面振动均方速度级升高,外壳的“屏蔽”作用就越不明显;内外壳厚度的改变对壳体振动速度级有较大的作用,对声辐射的影响不是很明显,厚度越大,振动速度级就越低。     

无限流体中孔隙介质圆柱周向导波的传播特性

为研究无限大流体约束的孔隙圆柱中周向导波的传播规律,分析孔隙参数对导波传播特性的影响,建立了无限流体中孔隙介质圆柱的理论模型,利用孔隙介质弹性波动理论,建立了周向导波频散方程,通过数值模拟计算得到无限流体中孔隙介质圆柱的频散曲线,探讨了圆柱半径和孔隙参数对导波传播特性的影响,并对导波的衰减特性进行了分析;通过数值计算,得到了周向导波的时域波形,讨论了孔隙参数对波形的影响.结果表明,孔隙介质圆柱半径的改变影响圆柱尺度,孔隙度的改变影响孔隙介质中体声波的波速,都对周向导波频散曲线产生一定的影响,所得到的频散曲线特征及衰减曲线与时域波形吻合.研究结果对开展无限流体中孔隙介质圆柱的超声无损评价提供了一定的理论参考.     

杀爆战斗部冲击波超压与破片初速度计算分析

当用Gumey方程计算爆破战斗部破片初速度时，通常仅考虑单纯的球形战斗部或单纯圆柱形战斗部，而这里假设爆轰是瞬时的、均匀膨胀的爆轰产物在壳体内均匀分布，等壁厚壳体在爆轰产物作用下形成的所有破片具有相同初速度等条件下，放松对圆柱壳体在爆炸膨胀过程中轴向不伸长的限制，如图1所示，利用能量守恒等原理推导了“半球壳 圆柱壳 平底板”     

TBL压力起伏激励下粘弹性圆柱壳内的噪声场：Ⅰ．噪声产生机理

用波数-频率谱传递函数描述包括粘弹性圆柱壳和流体负荷在内的整个系统，导出了TBL（湍流边界层）压力起伏激励下管内噪声场互谱函数的一般表示式。存在着两种噪声产生机理：一种是压力起伏的迁移峰通过柱壳直接传递，另一种是压力起伏激励桂亮共振产生再辐射。在低频情况下。后一种机理产生的噪声起主要作用。通过求解带有流体负荷的圆柱壳的频散方程，得到复K平面上两个Stoneley型极点。它们是低频条件下管内噪声的主要源。最后，用数值积分方法计算了柱壳半径、壳厚、材料吸收及流速等因素对噪声降低值的影响。     

旋转圆柱壳体切削噪声的统计能量分析

用传统的理论或实验方法研究切削过程中各个声辐射体对总体切削噪声的贡献比较困难和繁杂.本文利用相关输入下非保守耦合系统的统计能量分析原理对薄壁圆柱壳体的切削噪声进行了研究.对于该原理所涉及的参数估计理论或测量技术以及建模等其他重要问题也进行了讨论和说明.研究结果表明,切削噪声主要产生于工件的声辐射,统计能量分析法可以成功地应用于大型圆柱壳体切削噪声的研究之中.     

圆柱体在薄圆柱壳内的运动分析

对在粗糙水平面上可作纯滚动的薄壁圆柱壳和同时在薄壁圆柱壳内作纯滚动的的圆柱体所构成系统的运动进行了分析,导出了圆柱体质心在静止参考系中的运动轨迹方程和系统的运动微分方程,求出了薄壁圆柱壳内的圆柱体在微振动条件下的运动周期,并与圆柱体在圆柱壳内自由滑动时的周期作了比较.     

受迫振动非线性特性的教学拓展

受迫振动在大学物理和大学物理实验中均是重点教学内容,为了使学生更加深入理解受迫振动的非线性特性,本文基于波耳共振仪所涉及的非线性因素和实验数据,对受迫振动方程进行非线性修正,利用数值分析探讨其非线性特性.通过引入硬弹簧型杜芬方程,探讨系统由周期性运动进入混沌状态的演化,将受迫振动中相对稳定的平衡点与奇异吸引子进行类比,...     

水中有限长加肋圆柱壳体振动和声辐射近似解析解

加肋圆柱壳体是水下航行器的主要结构形式。将肋骨对壳体的作用简化为只有法向力,本文导出了水中有限长加肋圆柱壳体的振动和声辐射的近似解析解。其中肋骨的作用表现为在无肋的耦合振动方程中增加附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体的机械阻抗、流体的辐射声阻抗和肋骨的附加阻抗所决定。数值计算例子表明,在低频情况下,加肋对辐射声功率影响不大,但将降低表面平均振速,从而增加声辐射效率。     

柱壳和锥壳结构自由振动特征的数值计算与校验

为了评估柱壳和锥壳结构自由振动特征数值计算的精度,分析不同边界条件、环肋、纵肋以及流体载荷对自由振动特征的影响,计算并校验了典型壳体结构在空气中、浸没以及浸没并充满水情况下的自由振动特征。结果表明,空气中干模态分析在2 kHz内、单面及双面接触水情况下的流固耦合湿模态分析在500 Hz内的计算精度能够控制在10%以内。壳体流固耦合自由振动分析时可以采用实体单元离散也可以采用壳单元离散的方法,前者精度略高,能够有效保证求解收敛的频带范围更宽,但工作量更大。径长比大于0.2时,浸没于水中的自由振动分析可以转换为内部填充水时的自由振动分析,转换时应保证两者流固耦合湿表面积相等,如半浸水和半充满水,能够有效减小计算量;环肋和流体载荷对壳体自由振动特征的影响明显,环肋使柱壳同阶自振频率增加,流体载荷使柱壳同阶自振频率减小且影响幅度更大,两者均会使得柱壳模态振型呈现错序排列;流固耦合效应对无肋柱壳和环肋柱壳自振频率的影响效果相当;柱壳内外有水相对于单面接触水而言,同阶自振频率进一步减小,模态振型基本不变;流体载荷对环肋锥壳的自振频率和模态振型的影响幅度较对环肋柱壳小。      

降低加肋双层圆柱壳辐射噪声线谱的结构声学设计

为降低双层圆柱壳辐射噪声线谱,从控制内壳振动响应和衰减壳间振动传递率进行结构声学设计。采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应控制机理;由环肋振动方程推导分析了环肋径向机械阻抗特性;基于阻抗失配、波形转换原理提出一种阻抗加强环肋,分析了振动波阻抑特性;利用阻尼减振技术,综合考虑肋板的刚度、阻尼特性,设计了金属橡胶层叠肋板;结合数值计算实例,分析了设计双层壳模型的声辐射性能。结果表明:设计的双层加肋圆柱壳结构能有效降低辐射噪声线谱,在分析频段内辐射声压线谱平均降低约6.6 dB。研究结果对研制低噪声水下航行器具有良好的工程价值和应用前景。