[发明专利]流体介质中复杂组合壳结构振动响应定量计算方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶结构振动响应分析技术领域，具体设计一种基于精细算法的复杂组合壳结构振动响应定量计算方法。

背景技术

船舶特别是水下航行器振动噪声一直是国内外研究的热点，一方面其会降低船舶的舒适性、另一方面也影响船舶的安全性、还损害仪器设备的使用性能，当然还危害舰船的声隐身性。随着船舶的大功率化、高速化和轻型化，振动噪声问题也日益突出、另外随着船员和乘客舒适性的不断提高，振动噪声问题成为亟待解决的难题。因此，在船舶结构声学设计时，需要进行振动响应计算。

船舶结构振动计算分为自由和强迫振动两个方面内容，前者计算船舶结构的固有频率和固有阵型，后者计算船舶结构在激振力作用下的振动变形。船舶结构振动响应计算通常采用的计算方法包括经验公式、解析法、有限元法和传递矩阵法。现有的船舶总体自由振动计算方法(CB/T 3472-92)规定了船舶总体2～5节点垂向和水平振动固有频率的近视和数值计算方法，并没有给出船舶强迫振动的计算方法。

近年来，国内外相关学者给出了复杂组合壳结构振动响应的计算方法，比如文献(两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解.2012，16(11)：1306-1313.)和(基于区域分解的环肋圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析2013，30(1)：166-172.)。但是，这些方法仅适用于较简单结构的组合，同时也没有结构周围流体介质的流固耦合的影响，因此上述方法不能很好的模拟船舶特别是水下航行器振动响应。关于包含球壳及舱壁等结构和流体介质在内复杂组合壳系统的计算和处理方式尚未见报道。

发明内容

针对上述缺陷或者不足，本发明提供了一种基于精细算法的复杂组合壳结构振动响应定量计算方法，能够定量计算由圆柱壳、圆锥壳、球壳、加强筋及舱壁等组成的复杂组合壳的振动响应，为船舶特别是水下航行器的振动综合评估提供依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于精细算法的流体介质中复杂组合壳结构振动响应定量计算方法，包括以下步骤：

(a)获取流体介质中组合壳系统的结构参数和激励参数，所述结构参数包括组合壳系统中各个结构的几何尺寸、材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；

(b)根据获取的结构参数和激励参数，在组合壳表面上沿母线方向进行配点，采用精细积分方法计算组合壳系统各配点间的场传递矩阵和点传递矩阵，并计算外力向量；

(c)根据组合壳系统两端边界条件和结构连续条件，建立流体介质-组合壳系统的动力学模型；所述流体介质-组合壳系统动力学模型为：

式中，T_i和P_i(i＝2...n)为流体介质-组合壳系统中各配点的场传递矩阵和外激励，Z_i(i＝1...n)为流体介质-组合壳系统中各配点处的状态向量，I为单位矩阵；

(d)通过Moore-Penrose广义逆矩阵求解得到流体介质-组合壳系统的振动响应。

本发明所述的方法中，所述步骤(b)中，在计算组合壳系统各配点间的场传递矩阵和点传递矩阵前，先判断各相邻配点间是否有加强筋或舱壁结构存 在，若是，则计算各配点间的场传递矩阵时需考虑点传递矩阵，根据精细积分办法计算获得各配点间的传递矩阵。

本发明所述的方法中，所述组合壳系统中各个结构包括圆柱壳、锥壳、球壳、加强筋及舱壁。

本发明所述的方法中，所述步骤(c)中，利用圆柱壳、锥壳、球壳分别进行组合壳的建模；将环肋简化为加强筋，采用Timeshenko梁考虑三个方向平衡进行建模；将舱壁简化为圆形板进行建模。

本发明还提供一种基于精细算法的流体介质中复杂组合壳结构振动响应定量计算系统，包括：

原始数据获取模块，用于获取流体介质中组合壳系统的结构参数和激励参数，所述结构参数包括组合壳系统中各个结构的几何尺寸、材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；

传递矩阵及外力向量计算模块，用于根据获取的结构参数和激励参数，在组合壳表面上沿母线方向进行配点，采用精细积分方法计算组合壳系统各配点间的场传递矩阵和点传递矩阵，并计算外力向量；

模型建立模块，用于根据组合壳系统两端边界条件和结构连续条件，建立流体介质-组合壳系统的动力学模型；所述流体介质-组合壳系统动力学模型为：