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基于联合仿真的水翼流激振动及噪声数值模拟
| 论文题名： | 基于联合仿真的水翼流激振动及噪声数值模拟 |
| 关键词： | 水下航行体;水翼结构;流激振动;噪声辐射;数值模拟 |
| 摘要： | 水翼结构在船舶与海洋工程领域有着广泛应用，随着舰船向高速化发展，其水弹性振动和安全性问题变得不容忽视，并且会增加水动力噪声，削弱水下航行体的声隐身性能。针对以上工程背景，本文对水翼的流激振动特性和噪声进行数值模拟研究。 本文首先基于计算流体力学方法与结构有限元方法搭建了水翼流激振动的联合仿真架构。水翼周围流场由Star-CCM+软件采用有限体积法求解，结构振动通过Abaqus软件采用有限元方法求解，并在流固交界面上进行流体载荷和结构位移的相互传递，实现流固耦合。应用该方法预报了柔性悬臂水翼的流激振动响应，并与试验结果对比，验证了方法的可靠性。随后模拟了均匀流下两自由度水翼的垂荡和扭转振动响应。结果表明，当来流速度增加到某一临界值后，水翼会进入振幅不衰的颤振临界状态；小幅改变初始攻角对振动幅值影响较大，但频率基本不变；水翼的固有频率比和惯性半径会影响颤振的临界速度。 其次，本文探究了弹性水翼的流激振动和声辐射情况，流场采用大涡模拟计算，并以流固耦合得到的振动响应为边界条件，结合Abaqus声固耦合法，预报了水翼的振动辐射噪声。研究发现，泻涡频率随流速增加而增大，当接近水翼一阶扭转固有频率时，振动幅度和辐射噪声声压级显著增大，并且涡致力和尾涡强度大幅提高。 最后，本文基于FW-H声类比和声固耦合法分别探究了水下航行体首舵在不同流速和攻角下的流噪声和振动辐射噪声的变化规律。结果表明，首舵的流噪声随流速增加而增大，不同攻角下中横剖面上的声指向性皆呈8字形，其幅频特性与水动力结果有一定相似性。首舵的流激振动幅度主要受前三阶模态影响，振动幅度随着流速增加而增强，但不同攻角下各阶模态的贡献量有所差异。首舵流激振动辐射噪声随流速增加而增大，并且攻角会影响声指向性形状，其幅频特性与振动加速度级频谱相似。 |
| 作者： | 李劲光 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 李海涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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