船用螺旋桨叶片振动噪声分析研究

发布时间：2017-04-23 14:16

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【摘要】：在船舶与海洋工程领域,螺旋桨水下噪声是一项重要的研究课题,它涉及到船舶的稳定性、安全性、舒适性和隐身性能。螺旋桨水下噪声按其产生的原因可分为流体动力噪声和叶片振动噪声。 目前,学者对螺旋桨叶片振动噪声数值计算分析的研究还少有涉及。本文讨论了螺旋桨叶片振动噪声的数值模拟,完成的主要工作如下： 把螺旋桨原始型值点数据进行编程导入建模软件进行三维实体建模,利用计算流体力学(CFD)方法在FLUENT中模拟了螺旋桨敞水性能并与文献中的试验参考值进行了比较,结果吻合较好,验证了CFD方法在螺旋桨敞水性能计算方面的可靠性。 基于弹性力学有限元法的相关理论,在商用有限元软件ANSYS中对螺旋桨在水中的模态进行了计算分析,并与真空中的结果进行了比较。编写程序代码,把在FLUENT中计算导出的螺旋桨叶片表面压力导入有限元软件ANSYS中,为桨叶有限元模型的响应分析提供了较为详实和准确的输入载荷,并对桨叶进行了响应计算分析。 介绍了边界元法计算结构振动声辐射的相关理论,基于声学的边界积分方程,利用ANSYS中计算得到的螺旋桨响应结果作为边界条件,在商用软件Virtual Lab Acoustics中计算出了螺旋桨的辐射声功率级和声辐射效率级,以及任意场点的声压级,并进行了分析比较。计算出的桨叶辐射声功率和声辐射效率等参数在桨叶的固有频率附近达到峰值,验证了本文桨叶固有频率和声辐射计算方法的可行性和准确性。 本文模拟计算得到的螺旋桨敞水性能和螺旋桨振动声辐射为螺旋桨噪声预报和性能优化提供了一定的理论依据。
【关键词】：船用螺旋桨 计算流体力学 有限元法 流固耦合 边界元法 声辐射
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.33;U661.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 本文的选题背景及研究意义8
• 1.2 国内外研究概况8-11
• 1.2.1 船用螺旋桨理论的研究进展8-10
• 1.2.2 船用螺旋桨振动噪声的研究进展10-11
• 1.3 本论文的主要研究工作11-12
• 2 基于CFD方法的螺旋桨敞水性能计算分析12-23
• 2.1 计算流体力学基本理论12-15
• 2.1.1 控制方程12-14
• 2.1.2 湍流模型的评价、选择14-15
• 2.2 螺旋桨几何特征简介和螺旋桨计算模型15-17
• 2.3 边界条件的设置17-18
• 2.4 计算结果分析18-22
• 2.4.1 敞水性能计算结果及与试验值对比18-20
• 2.4.2 螺旋桨表面的压力分布情况及分析20-21
• 2.4.3 螺旋桨桨叶表面的速度矢量分布21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 有限元理论与螺旋桨的模态分析23-43
• 3.1 弹性力学概述23-26
• 3.1.1 弹性力学基本理论23-24
• 3.1.2 弹性力学的基本假设24
• 3.1.3 弹性力学的基本方程24-26
• 3.2 有限元理论概述26-29
• 3.2.1 有限元法求解的基本步骤27-28
• 3.2.2 有限元软件介绍28-29
• 3.3 流固耦合概述29-33
• 3.3.1 三维声学波动方程29-31
• 3.3.2 流固耦合边界条件31-32
• 3.3.3 流固耦合运动方程32-33
• 3.4 螺旋桨的模态和响应求解分析33-42
• 3.4.1 螺旋桨有限元模型的建立34-37
• 3.4.2 加载和求解37-38
• 3.4.3 计算结果和分析38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 基于边界元理论的桨叶声辐射分析研究43-60
• 4.1 边界元方法概述43-45
• 4.1.1 边界元法的优缺点43-44
• 4.1.2 边界元法的发展历程44
• 4.1.3 边界元法软件介绍44-45
• 4.2 声学边界积分方程45-48
• 4.2.1 三维Helmholtz积分方程45-47
• 4.2.2 二维Helmholtz积分方程47-48
• 4.3 边界积分方程的离散48-52
• 4.4 奇异积分的处理52
• 4.5 特征频率问题的处理52-53
• 4.6 辐射声功率、辐射效率的计算53-54
• 4.7 螺旋桨叶片声辐射计算分析54-59
• 4.7.1 辐射声功率计算分析54-55
• 4.7.2 场点声压级和声辐射效率级计算分析55-58
• 4.7.3 声传播损失计算分析58-59
• 4.8 本章小结59-60
• 5 总结和展望60-62
• 5.1 论文工作总结60-61
• 5.2 对未来工作的展望61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：322542