噪声监测潜标振动模态及声场分析
发布时间：2021-01-02 05:01
海底潜标系统依其所具有的稳定性能,能够长时间置于海水中,对水文监测、潮汐变化、气象预报、地壳运动等信息进行收集,是良好的海洋观测系统。本文以海底噪声监测潜标为研究对象,对噪声监测潜标的振动模态及流噪声进行了分析和研究。首先,对标体结构振动模态进行实验与仿真。利用三维建模软件Pro/E建立潜标框体的简化三维模型,运用Ansys Workbench对标体结构的干、湿振动模态进行了仿真分析,并进行了室内以及静水水池实验,验证了所采用的数值模拟方法对潜标湿模态分析的合理性。采取有限元方法对潜标框体进行了流固稱合分析,分析了干、湿模态的差异,表明通过湿模态模拟对水下潜标分析的必要性。根据仿真和实验结果的对比分析,对原有潜标系统进行了改进,使得潜标结构振动模态能够避开其10～1OOHz的工作频段,提高了潜标工作性能。同时也为研究水下结构物的真实工况振动模态提供了一种参考方法。其次,分别建立了球型、球锥型、加长球锥型和水滴型四种潜标模型,并对潜标流场及声场进行分析。运用Fluent进行了潜标外导流罩流场和声场的仿真分析。分别采用RNG流体模型和大涡（LES）流体模型对潜标外导流罩流场在定常流动和非定...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１声源分类示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｏｕｎｄ?ｓｏｕｒｃｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??
是否会受到干扰，而外部导流罩决定着潜标在水中工作受海流影响时，流噪声??的大小，这一指标决定了潜标内部水听器接收信号的精度以及潜标整体隐蔽性。??由此可见潜标结构中这两部分的重要性。图３－１为潜标结构模型图。??本章下面将针对标体结构振动模态进行分析并有针对的提出改进措施，在??第四章针对外部导流罩流噪声进行分析。??？—导鮮??１??＿丨丨Ｉ?＂＂丨—??仪器舱??图３－１潜标结构模型示意图??Ｆｉｇ．?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ?ｂｕｏｙ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ??３．２标体模态仿真分析方法??采用流固耦合的数值模拟方式进行标体湿模态仿真分析，首先通过三维建??模软件Ｐｒｏ／Ｅ建立标体框体三维模型，实际中标体框体主要由封头板，侧边框，??底板组成，加工法兰面并用螺栓紧固连接，属于固定约束结构，因此建模时考??虑为了方便后面的有限元模态分析，节约计算时间，将整个标体框体模型做一??定简化处理，忽略螺栓默认各部分之间固定牢靠，没有相对运动后视作一个完??整的框体结构。之后把建好的空间几何模型通过ＡＮＳＹＳ实施模态数值模拟，??构建网格后单元总数是７７４
型材料为３１６不锈钢材质，标体外包络水体设为海水属性，即密度ｐ＝ｌ０２５?ｋｇ／ｍ３，??声速ｃ＝１５００?ｍ／ｓ，弹性模量为０，泊松比为０，定义算法为Ｃｏｕｐｌｅｄ?ｗｉｔｈ?ｓｙｍ－ｍｅｔｒｙ，??设置求解阶数为９。计算域如图３－２所示。??ｗａａｉ??酾??酬??图３－２潜标框体湿模态计算域??Ｆｉｇ．?３－２?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ?ｏｆ?ｗｅｔ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ?ｂｕｏｙ?ｆｒａｍｅ?ｂｏｄｙ??由于所建立模型需要进行流固耦合计算，所以流固耦合边界条件必不可少。??设置标体框体与流体域的分界面边界条件为ＦＳＩ?（Ｆｌｕｉｄ?Ｓｏｌｉｄ?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ），稱合??面可以考虑到结构与流体之间的相互耦合作用。添加重力加速度９．８ｍ／ｓ２，并对??潜标框体底面添加固定约束，以模拟潜标在海水中座底工作的情况。??以上就是本次针对潜标框体进行振动模态数值模拟所使用的方法以及设置??的边界条件等。??３．３标体模态实验??对标体框体结构在空气及水池中进行模态实验，得出其２００Ｈｚ以内的模态??频率和模态振型，并和数值模拟分析结果做对照，以检验论证数值模拟分析数??据的合理性。??实验中使用的实验设备己在表３－１中列出。??２８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水介质对船舶轴桨组合振动模态影响[J]. 李小军,朱汉华,许浩然,吴继东,熊维. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(06)
[2]基于流固耦合作用的柔性体流噪声降噪机理研究[J]. 刘占生,马瑞贤,杨帆,张广辉. 机械工程学报. 2016(10)
[3]带式输送机盘式制动系统模态分析[J]. 张杰,李军霞. 煤炭技术. 2015(12)
[4]充液容器流固耦合模态仿真分析研究[J]. 薛杰,何尚龙,杜大华,李锋. 火箭推进. 2015(01)
[5]自升式连体潜标测量系统的设计与实施[J]. 徐如彦,沈宁,倪佐涛,李强,李家刚,黄必桂,雷方辉,张振波,朱友生,吴海京,陈志平,陈强. 海洋科学. 2014(12)
[6]海洋环境噪声研究发展概述及应用前景[J]. 郭新毅,李凡,铁广朋,马力. 物理. 2014(11)
[7]气动声学Lighthill方程的Kirchhoff积分解分析[J]. 蔡建程,刘志宏,曾向阳. 声学技术. 2014(02)
[8]带预应力的高速离心泵转子模态分析[J]. 刘君,袁建平. 中国农村水利水电. 2014(02)
[9]计算流体力学发展综述[J]. 余金伟,冯晓锋. 现代制造技术与装备. 2013(06)
[10]基于FW-H方程的飞机低速构型气动噪声计算[J]. 胡颖,孙刚,李亚林,孟德虹. 复旦学报(自然科学版). 2013(02)
博士论文
[1]习近平海洋思想研究[D]. 张俏.大连海事大学 2016
[2]高速车辆外部气动噪声场数值模拟研究[D]. 郑拯宇.西南交通大学 2012
[3]甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D]. 吕云飞.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]圆球流噪声及绕流特性实验和仿真分析研究[D]. 胡政敏.华中科技大学 2016
[2]模态综合分析法精度分析[D]. 李霞.西安工业大学 2015
[3]轿车外气动噪声大涡模拟亚格子模型和壁面函数研究[D]. 吴德久.吉林大学 2015
[4]基于流场、声源场、声场精细分析的水动力声学研究[D]. 徐俊.上海交通大学 2014
[5]YC485Q柴油机机体模态分析与结构改进研究[D]. 梁燕成.广西大学 2013
[6]潜艇流噪声与流固耦合作用下流激噪声的数值模拟[D]. 江文成.上海交通大学 2013
[7]46m海洋工作船振动特性分析[D]. 吴硕.大连理工大学 2012
[8]海流作用下潜标及其系留系统耦合作用的实验研究[D]. 田伟辉.中国海洋大学 2012
[9]低频海洋环境噪声采集系统的设计与实现[D]. 吴岩.哈尔滨工程大学 2011
[10]基于大涡模拟的潜艇脉动压力与流噪声性能数值计算[D]. 孟堃宇.上海交通大学 2011
本文编号：2952702
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１声源分类示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｏｕｎｄ?ｓｏｕｒｃｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??
是否会受到干扰，而外部导流罩决定着潜标在水中工作受海流影响时，流噪声??的大小，这一指标决定了潜标内部水听器接收信号的精度以及潜标整体隐蔽性。??由此可见潜标结构中这两部分的重要性。图３－１为潜标结构模型图。??本章下面将针对标体结构振动模态进行分析并有针对的提出改进措施，在??第四章针对外部导流罩流噪声进行分析。??？—导鮮??１??＿丨丨Ｉ?＂＂丨—??仪器舱??图３－１潜标结构模型示意图??Ｆｉｇ．?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ?ｂｕｏｙ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ??３．２标体模态仿真分析方法??采用流固耦合的数值模拟方式进行标体湿模态仿真分析，首先通过三维建??模软件Ｐｒｏ／Ｅ建立标体框体三维模型，实际中标体框体主要由封头板，侧边框，??底板组成，加工法兰面并用螺栓紧固连接，属于固定约束结构，因此建模时考??虑为了方便后面的有限元模态分析，节约计算时间，将整个标体框体模型做一??定简化处理，忽略螺栓默认各部分之间固定牢靠，没有相对运动后视作一个完??整的框体结构。之后把建好的空间几何模型通过ＡＮＳＹＳ实施模态数值模拟，??构建网格后单元总数是７７４
型材料为３１６不锈钢材质，标体外包络水体设为海水属性，即密度ｐ＝ｌ０２５?ｋｇ／ｍ３，??声速ｃ＝１５００?ｍ／ｓ，弹性模量为０，泊松比为０，定义算法为Ｃｏｕｐｌｅｄ?ｗｉｔｈ?ｓｙｍ－ｍｅｔｒｙ，??设置求解阶数为９。计算域如图３－２所示。??ｗａａｉ??酾??酬??图３－２潜标框体湿模态计算域??Ｆｉｇ．?３－２?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ?ｏｆ?ｗｅｔ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ?ｂｕｏｙ?ｆｒａｍｅ?ｂｏｄｙ??由于所建立模型需要进行流固耦合计算，所以流固耦合边界条件必不可少。??设置标体框体与流体域的分界面边界条件为ＦＳＩ?（Ｆｌｕｉｄ?Ｓｏｌｉｄ?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ），稱合??面可以考虑到结构与流体之间的相互耦合作用。添加重力加速度９．８ｍ／ｓ２，并对??潜标框体底面添加固定约束，以模拟潜标在海水中座底工作的情况。??以上就是本次针对潜标框体进行振动模态数值模拟所使用的方法以及设置??的边界条件等。??３．３标体模态实验??对标体框体结构在空气及水池中进行模态实验，得出其２００Ｈｚ以内的模态??频率和模态振型，并和数值模拟分析结果做对照，以检验论证数值模拟分析数??据的合理性。??实验中使用的实验设备己在表３－１中列出。??２８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水介质对船舶轴桨组合振动模态影响[J]. 李小军,朱汉华,许浩然,吴继东,熊维. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(06)
[2]基于流固耦合作用的柔性体流噪声降噪机理研究[J]. 刘占生,马瑞贤,杨帆,张广辉. 机械工程学报. 2016(10)
[3]带式输送机盘式制动系统模态分析[J]. 张杰,李军霞. 煤炭技术. 2015(12)
[4]充液容器流固耦合模态仿真分析研究[J]. 薛杰,何尚龙,杜大华,李锋. 火箭推进. 2015(01)
[5]自升式连体潜标测量系统的设计与实施[J]. 徐如彦,沈宁,倪佐涛,李强,李家刚,黄必桂,雷方辉,张振波,朱友生,吴海京,陈志平,陈强. 海洋科学. 2014(12)
[6]海洋环境噪声研究发展概述及应用前景[J]. 郭新毅,李凡,铁广朋,马力. 物理. 2014(11)
[7]气动声学Lighthill方程的Kirchhoff积分解分析[J]. 蔡建程,刘志宏,曾向阳. 声学技术. 2014(02)
[8]带预应力的高速离心泵转子模态分析[J]. 刘君,袁建平. 中国农村水利水电. 2014(02)
[9]计算流体力学发展综述[J]. 余金伟,冯晓锋. 现代制造技术与装备. 2013(06)
[10]基于FW-H方程的飞机低速构型气动噪声计算[J]. 胡颖,孙刚,李亚林,孟德虹. 复旦学报(自然科学版). 2013(02)
博士论文
[1]习近平海洋思想研究[D]. 张俏.大连海事大学 2016
[2]高速车辆外部气动噪声场数值模拟研究[D]. 郑拯宇.西南交通大学 2012
[3]甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D]. 吕云飞.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]圆球流噪声及绕流特性实验和仿真分析研究[D]. 胡政敏.华中科技大学 2016
[2]模态综合分析法精度分析[D]. 李霞.西安工业大学 2015
[3]轿车外气动噪声大涡模拟亚格子模型和壁面函数研究[D]. 吴德久.吉林大学 2015
[4]基于流场、声源场、声场精细分析的水动力声学研究[D]. 徐俊.上海交通大学 2014
[5]YC485Q柴油机机体模态分析与结构改进研究[D]. 梁燕成.广西大学 2013
[6]潜艇流噪声与流固耦合作用下流激噪声的数值模拟[D]. 江文成.上海交通大学 2013
[7]46m海洋工作船振动特性分析[D]. 吴硕.大连理工大学 2012
[8]海流作用下潜标及其系留系统耦合作用的实验研究[D]. 田伟辉.中国海洋大学 2012
[9]低频海洋环境噪声采集系统的设计与实现[D]. 吴岩.哈尔滨工程大学 2011
[10]基于大涡模拟的潜艇脉动压力与流噪声性能数值计算[D]. 孟堃宇.上海交通大学 2011
本文编号：2952702
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