几何制造误差对圆柱壳声辐射影响的数值仿真分析

目前对 于流 场 中的加 肋 圆柱壳 的声 辐射 计算
一
般 的解 析 法 是 通 过 Ｆｕｇ ｌｇｅ薄 壳 理 论 和 Ｈ ｌ ． ｅｍ
ｈｌ 方 程推 导 出封 闭声 腔 ＿Ⅱ 圆柱 壳 ＿ 辐射 ｏｚ ｔ 力肋 夕部 声 场 系统 的复杂 耦 合 方 程 ， 环 肋 对 圆 柱 壳振 动 把 的影 响用 环 肋对 壳 体 的 作 用力 和力 矩 代 替 ， 用 采 空 间谐 响应 分析法 推 导周期 耦 合系 统在 外载 荷作 用力 下 的响 应 ， 后根 据壳 体微 元应 力 、 然 应变 关 系
７ ３
作者简 介： 熊
路 （９ １）男 ， １ ８ 一 ， 硕士生 。
研究方 向： 圆柱壳体在流场 中的振动和 噪声
Ｅ－ ａ ｌ ａ ｕ ｉ．ｌ １ ３ ｅ ｍ ｍ ｉ ： ｈ ｂ ｓ ｓ＠ ６ ． ｏ
第 ６期
船
海
工
程
第４ ０卷
设 置外 部流 场 的 流体 属 性 ， 水 的质 量 密 度 取 为 Ｐ＝１ ２ ｇ ｍ ， 中的声速 为 ＝ ０ ／ 。 ５ｋ／ 水 ０ １５ ０ ｉ ｓ ｎ
为 对象 进行 研究 ， 结构示 意 见 图 １ 其 。
收 稿 日期 ：０ １ ４１ ２ １－ —８ ０ 修 回 日期 ：０ １ ８１ ２ １－ —３ ０
边 界元 法计 算结 构 的声 辐射 特性 ４。 。
１ 加肋 圆柱 壳舱段 的有 限元建模
建 立无工 艺 偏 差 的理 想 圆柱壳 结 构 的模 型 ， 在 此模 型基 础上 ， 别 创 建 具 有不 同工 艺参 数 误 分
结 构 的响应 ， 声 学 分 析 软 件 Ｓ Ｓ Ｏ Ｓ 在 Ｙ Ｎ ＩＥ中采 用
结 构 辐射 噪声 的影 响进 行 仿 真 计 算 和 分 析 ， 过 通 建 立 具有不 同工 艺偏 差 参 数 的结 构 模 型 ， 算 有 计 制 造误 差 的结 构 的振 动 与声 辐 射 ， 与 理 想 结 构 并 模 型 的声振 特性 进 行 对 比 ， 以考 察 分 段 建 造 过 程 中关键 工艺 特 征参 数 与 结 构 辐 射 噪 声 的关 系 ， 为 控 制分 段结 构 的工艺 参 数提供 参 考 。 考 虑 到实 际结 构 的复 杂 性 ， 使 得 研 究 的 分 并 段 分析 结论 具有 一 定 的适 应 性 ， 取 加 肋 圆柱壳 选
第４ Ｏ卷
第 ６期
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ Ｏ ＡＮ Ｅ ＨＩ ＣＥ ＮＧＩ Ｅ ＮＧ ＮＥ ＲＩ
Ｖ １４ Ｎｏ ６ ｏ． ０ ．
Ｄｅ ． ０１１ ｅ２
２１ 年 １ ０１ ２月
Ｄ Ｉ１ ．９ ３ ｊｉ ｎ １７ －９ ３ ２ １ ．６ ０ ９ Ｏ ：０ ３６ ／．ｓ ．６ １７ ５ ．０ １０ ． １ ｓ
以理 想模 型为 基 础 ， 别 建立 具 有 不 同类 型 分
制造 误差 的模 型并进 行声 学计算 。内容如 下 。
１பைடு நூலகம்）具 有初 始 椭 圆度 制 造 误 差 的加 肋 圆柱 壳 的声 学特性 ；
２ ）舱 壁倾 斜 的加肋 圆柱壳 的声 学特性 。
研 究 中采用 有 限元 ＋边界元 方法 对耐压 分段
图 １ 耐 压 舱 段 结 构 示 意
推得壳体 中的各 内力和力矩 ， 并最后推得外力输
入 到壳体 的能量 流 以及 壳体 辐 射线 功率 和声 功率 的计 算公 式 。上 述 方 法 只 是 针对 理想 状 态 下 的完 善 圆柱壳 ， 于 有 着 不 同形 式 几 何 尺 寸 误 差 对 的 圆柱壳 体来 说 ， 述 方 法 的结果 可 能会 存 在 一 上
２ 求解计算及结果分析
首先 在壳 体 中段 底部 的节 点上施 加 １Ｎ 的简
谐激励力 ， 用来模拟分段结构受到的激励载荷 ， 力
图 ２ 舱 段 有 限 元模 型 １
的方向为垂直于壳体法向。 耐 压分 段结构 两端 的边界 条件 取为 简支边 界
条件 ， 图 ４ 给 出 了在 Ａ Ｓ Ｓ中施 加 的载 荷 以 见 ， ＮＹ 及 边界 条件 。
计算 并与理想 状态的完善 圆柱壳体结果进行对 比。查看 由不 同形式的几何误差所带来的对声辐射 的影 响 ， 并
得 出其声 辐射有着随几何误差增大而增大 的规 律。 关键 词 ： 圆柱壳 ； 几何制造误差 ； 限元 ； 有 声辐射 中图分类号 ： ６４ ７ Ｕ ７ ．６ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：６ １ ９３ ２ １ ）６０ ７ －４ １７ — ５ （０ １ ０ －０ ３ ７ ０
几 何 制 造 误 差 对 圆柱 壳 声 辐 射 影 响 的数 值 仿 真 分 析
熊 路， 天匀， 李 朱 翔
（ 中科技 大 学 船舶及海 洋Ｘ 程 学院， 华 － 武汉 ４ ０７ ） ３０ ４ 摘 要： 通过 Ａ Ｓ Ｓ和 Ｓ Ｓ Ｏ Ｓ ＮＹ Ｙ Ｎ ＩＥ有限元软件对含 有制造几 何误 差的 圆柱 壳体进 行仿真建 模和声辐射
差 的分 段结 构模 型 。
壳体 和舱 壁 部 分 采 用 Ｓ Ｅ Ｌ３壳 体 单 元 建 Ｈ Ｌ６
模， 肋骨 和 舱 壁 上 的 加 强 筋 则 采 用 Ｂ Ａ ８ Ｅ Ｍ１ ８梁
单元 来进 行模 拟 。
对壳主体采用 四边形单元进行 网格划分 ， 对 于不规则的舱壁部分则采用三角形单元进行 自由 网格划分 ， 壳体 的两端采用简支 固定的边界条件。 建立好 的模型见 图２～ 。 ３
定偏差。并且 由于误差壳体 的几何偏差形式各不 相 同， 采用解析法来建立这类壳体 的计算公式也
会 相 当 困难 。 因此 本 文 结 合 有 限 元 软 件 Ａ Ｓ Ｓ ＮＹ 和边 界元 软件 Ｓ Ｓ Ｏ Ｓ Ｙ Ｎ ＩＥ对典 型结 构 制 造误 差 对
结 构 的振动 与声 辐射 进行计 算 。首先采 用有 限元 软 件 Ａ Ｓ Ｓ建 立耐 压分 段结构 的有 限元 模 型 ， ＮＹ 并 在 Ａ Ｓ Ｓ中进 行结 构 的振动 响应计 算 ， 后利 用 ＮＹ 然