流體介質(zhì)中復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)定量計(jì)算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)分析技術(shù)領(lǐng)域,具體設(shè)計(jì)一種基于精細(xì)算法的復(fù)雜 組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)定量計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶特別是水下航行器振動(dòng)噪聲一直是國(guó)內(nèi)外研宄的熱點(diǎn),一方面其會(huì)降低船舶 的舒適性、另一方面也影響船舶的安全性、還損害儀器設(shè)備的使用性能,當(dāng)然還危害艦船的 聲隱身性。隨著船舶的大功率化、高速化和輕型化,振動(dòng)噪聲問(wèn)題也日益突出、另外隨著船 員和乘客舒適性的不斷提高,振動(dòng)噪聲問(wèn)題成為亟待解決的難題。因此,在船舶結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè) 計(jì)時(shí),需要進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算。
[0003] 船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)計(jì)算分為自由和強(qiáng)迫振動(dòng)兩個(gè)方面內(nèi)容,前者計(jì)算船舶結(jié)構(gòu)的固有 頻率和固有陣型,后者計(jì)算船舶結(jié)構(gòu)在激振力作用下的振動(dòng)變形。船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算 通常采用的計(jì)算方法包括經(jīng)驗(yàn)公式、解析法、有限元法和傳遞矩陣法?,F(xiàn)有的船舶總體自由 振動(dòng)計(jì)算方法(CB/T 3472-92)規(guī)定了船舶總體2?5節(jié)點(diǎn)垂向和水平振動(dòng)固有頻率的近 視和數(shù)值計(jì)算方法,并沒(méi)有給出船舶強(qiáng)迫振動(dòng)的計(jì)算方法。
[0004] 近年來(lái),國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者給出了復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算方法,比如文獻(xiàn) (兩端圓板封閉圓柱殼自由振動(dòng)的半解析解.2012,16(11) :1306-1313.)和(基于區(qū)域分 解的環(huán)肋圓柱殼-圓錐殼組合結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析2013,30(1) :166-172.)。但是,這些方法僅適 用于較簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的組合,同時(shí)也沒(méi)有結(jié)構(gòu)周圍流體介質(zhì)的流固耦合的影響,因此上述方法 不能很好的模擬船舶特別是水下航行器振動(dòng)響應(yīng)。關(guān)于包含球殼及艙壁等結(jié)構(gòu)和流體介質(zhì) 在內(nèi)復(fù)雜組合殼系統(tǒng)的計(jì)算和處理方式尚未見(jiàn)報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)上述缺陷或者不足,本發(fā)明提供了一種基于精細(xì)算法的復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng) 響應(yīng)定量計(jì)算方法,能夠定量計(jì)算由圓柱殼、圓錐殼、球殼、加強(qiáng)筋及艙壁等組成的復(fù)雜組 合殼的振動(dòng)響應(yīng),為船舶特別是水下航行器的振動(dòng)綜合評(píng)估提供依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007] 提供一種基于精細(xì)算法的流體介質(zhì)中復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)定量計(jì)算方法,包 括以下步驟:
[0008] (a)獲取流體介質(zhì)中組合殼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括組合 殼系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、材料特性參數(shù);激勵(lì)參數(shù)包括激勵(lì)力的幅值及分布位置;
[0009] (b)根據(jù)獲取的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),在組合殼表面上沿母線方向進(jìn)行配點(diǎn),采用 精細(xì)積分方法計(jì)算組合殼系統(tǒng)各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣和點(diǎn)傳遞矩陣,并計(jì)算外力向量;
[0010] (C)根據(jù)組合殼系統(tǒng)兩端邊界條件和結(jié)構(gòu)連續(xù)條件,建立流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng) 的動(dòng)力學(xué)模型;所述流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為:
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于精細(xì)算法的流體介質(zhì)中復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)定量計(jì)算方法,其特征在 于,包括以下步驟: (a) 獲取流體介質(zhì)中組合殼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括組合殼系 統(tǒng)中各個(gè)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、材料特性參數(shù);激勵(lì)參數(shù)包括激勵(lì)力的幅值及分布位置; (b) 根據(jù)獲取的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),在組合殼表面上沿母線方向進(jìn)行配點(diǎn),采用精細(xì) 積分方法計(jì)算組合殼系統(tǒng)各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣和點(diǎn)傳遞矩陣,并計(jì)算外力向量; (c) 根據(jù)組合殼系統(tǒng)兩端邊界條件和結(jié)構(gòu)連續(xù)條件,建立流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)的動(dòng) 力學(xué)模型;所述流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為:
式中,1\和Pi(i= 2. ..n)為流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)中各配點(diǎn)的場(chǎng)傳遞矩陣和外激勵(lì),Zji= 1. ..n)為流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)中各配點(diǎn)處的狀態(tài)向量,I為單位矩陣; (d) 通過(guò)Moore-Penrose廣義逆矩陣求解得到流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟(b)中,在計(jì)算組合殼系統(tǒng)各配 點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣和點(diǎn)傳遞矩陣前,先判斷各相鄰配點(diǎn)間是否有加強(qiáng)筋或艙壁結(jié)構(gòu)存在, 若是,則計(jì)算各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣時(shí)需考慮點(diǎn)傳遞矩陣,根據(jù)精細(xì)積分辦法計(jì)算獲得各 配點(diǎn)間的傳遞矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述組合殼系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)構(gòu)包括圓柱殼、 錐殼、球殼、加強(qiáng)筋及艙壁。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述步驟(c)中,利用圓柱殼、錐殼、球殼 分別進(jìn)行組合殼的建模;將環(huán)肋簡(jiǎn)化為加強(qiáng)筋,采用Timeshenko梁考慮三個(gè)方向平衡進(jìn)行 建模;將艙壁簡(jiǎn)化為圓形板進(jìn)行建模。
5. -種基于精細(xì)算法的流體介質(zhì)中復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)定量計(jì)算系統(tǒng),其特征在 于,包括: 原始數(shù)據(jù)獲取模塊,用于獲取流體介質(zhì)中組合殼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),所述結(jié) 構(gòu)參數(shù)包括組合殼系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、材料特性參數(shù);激勵(lì)參數(shù)包括激勵(lì)力的幅 值及分布位置; 傳遞矩陣及外力向量計(jì)算模塊,用于根據(jù)獲取的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),在組合殼表面 上沿母線方向進(jìn)行配點(diǎn),采用精細(xì)積分方法計(jì)算組合殼系統(tǒng)各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣和點(diǎn)傳 遞矩陣,并計(jì)算外力向量; 模型建立模塊,用于根據(jù)組合殼系統(tǒng)兩端邊界條件和結(jié)構(gòu)連續(xù)條件,建立流體介 質(zhì)-組合殼系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型;所述流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為:
式中,1\和Pi(i= 2. ..n)為流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)中各配點(diǎn)的場(chǎng)傳遞矩陣和外激勵(lì),Zji= 1. ..n)為流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)中各配點(diǎn)處的狀態(tài)向量,I為單位矩陣; 振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算模塊,用于通過(guò)Moore-Penrose廣義逆矩陣求解得到流體介質(zhì)-組合殼 系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,還包括: 判斷模塊,用于在計(jì)算組合殼系統(tǒng)各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣和點(diǎn)傳遞矩陣前,先判斷各 相鄰配點(diǎn)間是否有加強(qiáng)筋或艙壁結(jié)構(gòu)存在,若是,則通過(guò)傳遞矩陣及外力向量計(jì)算模塊計(jì) 算各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣時(shí)需考慮點(diǎn)傳遞矩陣,根據(jù)精細(xì)積分辦法計(jì)算獲得各配點(diǎn)間的傳 遞矩陣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,所述組合殼系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)構(gòu)包括圓柱殼、 錐殼、球殼、加強(qiáng)筋及艙壁。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng),其特征在于,所述模型建立模塊建模時(shí),利用圓柱殼、 錐殼、球殼分別進(jìn)行組合殼的建模;將環(huán)肋簡(jiǎn)化為加強(qiáng)筋,采用Timeshenko梁考慮三個(gè)方 向平衡進(jìn)行建模;將艙壁簡(jiǎn)化為圓形板進(jìn)行建模。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種流體介質(zhì)中復(fù)雜組合殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)定量計(jì)算方法及系統(tǒng),其中方法包括以下步驟:獲取流體介質(zhì)中組合殼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù);根據(jù)獲取的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù),在組合殼表面上沿母線方向進(jìn)行配點(diǎn),采用精細(xì)積分方法計(jì)算組合殼系統(tǒng)各配點(diǎn)間的場(chǎng)傳遞矩陣和點(diǎn)傳遞矩陣,并計(jì)算外力向量;根據(jù)組合殼系統(tǒng)兩端邊界條件和結(jié)構(gòu)連續(xù)條件,建立流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型;通過(guò)Moore-Penrose廣義逆矩陣求解得到流體介質(zhì)-組合殼系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。本發(fā)明基于精細(xì)積分和傳遞矩陣法,可以定量計(jì)算流體介質(zhì)中復(fù)雜組合殼受外激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng),為水下航行器的振動(dòng)特性分析提供參考和依據(jù)。
【IPC分類】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104573377
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510032375
【發(fā)明人】王獻(xiàn)忠, 吳衛(wèi)國(guó), 漆瓊芳, 許瑞陽(yáng), 周雍, 馬麗
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日