水下结构流固耦合及声辐射数值方法研究

【摘要】：潜艇是一种典型的水下结构物。水下结构振动及声辐射问题涉及到结构和流场的耦合作用,外部激励使结构产生振动,振动传递至结构表面且在水介质中产生声场,同时声场对结构产生反作用力,结构表面和流体介质之间存在着流固耦合作用。为了更加准确地评估潜艇的声振性能,对水下结构流固耦合问题进行研究是有工程意义的。 本文分别在物理坐标系和模态坐标系下使用数值方法对流固耦合问题进行了研究。 在物理坐标系下,本文探索了一种有限元+边界元法计算水下结构声振问题的方法:用有限元软件ANSYS分析结构,采用子结构法计算得到结构质量矩阵和刚度矩阵;根据边界元理论处理外流体域,使用MTALAB编程求出附加质量矩阵和附加阻尼矩阵;将算得的附加质量矩阵叠加至结构质量矩阵,附加阻尼矩阵作为动力方程阻尼项,刚度矩阵不变,编程计算结构表面位移动响应;进一步用声学软件SYSNOISE计算声辐射。计算结果表明,该方法在理论上是可行的,有进一步研究的价值。在模态坐标系下,使用数值软件采用一种新的思路对某圆柱壳结构进行了耦合模态分析,计算了模态附连水质量,并研究了模态附加质量与振型之间的关系。 本文的研究具有一定的实用价值,也为进一步的研究工作提供了参考。