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。現(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，并沒有給出船舶強(qiáng)迫振動(dòng)的計(jì)算方法。
[0004] 近年來，國內(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 用于較簡單結(jié)構(gòu)的組合，同時(shí)也沒有結(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，則通過傳遞矩陣及外力向量計(jì)算模塊計(jì) 算各配點(diǎn)間的場傳遞矩陣時(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；將艙壁簡化為圓形板進(jìn)行建模。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流體介質(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
【公開號(hào)】CN104573377
【申請?zhí)枴緾N201510032375
【發(fā)明人】王獻(xiàn)忠, 吳衛(wèi)國, 漆瓊芳, 許瑞陽, 周雍, 馬麗
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月22日