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粒子群优化算法下的多声速剖面声线计算

应用声学 2024年

作者：高江俊康杨晋斌池晴佳刘宝林永水陈威武汉理工大学船舶与能源动力工程学院武汉理工大学理学院中国船舶集团有限公司工程管理中心海军工程大学电子工程学院

在水下声线追踪研究中，声速剖面的变化会显著影响定位的精度。传统的声线追踪方法虽考虑了声速随深度的改变，但忽略了声速沿水平方向的变化。该文从单声速剖面下的声线追踪法出发，结合粒子群优化算法提出了一种定向搜索本征声线的改... 详细信息

在水下声线追踪研究中，声速剖面的变化会显著影响定位的精度。传统的声线追踪方法虽考虑了声速随深度的改变，但忽略了声速沿水平方向的变化。该文从单声速剖面下的声线追踪法出发，结合粒子群优化算法提出了一种定向搜索本征声线的改进算法，并对水平方向存在多个声速剖面情况下的声线及时延进行了计算研究。根据给定的初始入射角，通过打靶法搜寻出待求本征声线的一条同形声线，再以此为基础使用粒子群优化算法寻找本征声线。在单个声速剖面下，分别计算了正负梯度时的本征声线并和BELLHOP进行了对比验证，两种情况下该文程序与BELLHOP的误差分别为2.494%和0.924%。并且在考虑沿水平距离呈现单独一个、等间距4个及等间距8个不同声速剖面情况下研究了本征声线的时延及结构。在距离估计仿真中，恒等声速剖面、沿水平距离单独一个及等间距4个声速剖面情况下的估计结果分别为10030 m、10030 m和9980 m，与真实距离的误差分别为0.3%、0.3%和0.2%。结果表明声速剖面在水平距离上不同的分层结构会影响声线时延和结构的计算结果，进而影响定位的精度。

关键词：粒子群算法声线追踪法打靶法多声速剖面射线法

邮轮烟囱排气系统噪声特性分析及开敞区域噪声预报

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中国造船 2024年第4期 189-201页

作者：王一飞林永水刘媛吴卫国陈聪黄震阳中船邮轮科技发展有限公司武汉理工大学理学院中国船舶集团有限公司第七一一研究所船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心

针对邮轮烟囱排气系统引起的开敞区域噪声舒适性问题，提出了大型邮轮烟囱排气系统噪声预报的等效声学模型，开展模型试验并对等效模型进行了验证，从而建立了大型邮轮烟囱排气系统噪声预报方法。对实尺寸邮轮烟囱排气系统引起的顶层开... 详细信息

针对邮轮烟囱排气系统引起的开敞区域噪声舒适性问题，提出了大型邮轮烟囱排气系统噪声预报的等效声学模型，开展模型试验并对等效模型进行了验证，从而建立了大型邮轮烟囱排气系统噪声预报方法。对实尺寸邮轮烟囱排气系统引起的顶层开敞区域噪声开展数值仿真，研究了实际工况下邮轮烟囱排气系统噪声特性。结果表明，基于等效声学模型的数值仿真结果与模型试验结果吻合，所提出的大型邮轮烟囱排气系统噪声预报方法合理可靠。邮轮烟囱排气系统噪声主要以低频为主，气动噪声和振动噪声共同引起的开敞区域噪声满足规范要求。

关键词：大型邮轮烟囱排气系统噪声预报

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豪华邮轮上层建筑开敞区域流场特性分析

中国舰船研究 2024年第3期19卷 249-259页

作者：章刘俊吴卫国林永水胡五龙武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学理学院新材料力学理论与应用湖北省重点试验室湖北武汉430070

[目的]豪华邮轮上层建筑开敞区域具有复杂的空间布置及外观造型,需精确模拟开敞区域的风载荷与流场特征以指导邮轮设计。[方法]采用雷诺时均(RANS)方法中的Realizable k-ε湍流模型和类子结构法模拟思路,对邮轮整船及上层建筑开敞区域... 详细信息

[目的]豪华邮轮上层建筑开敞区域具有复杂的空间布置及外观造型,需精确模拟开敞区域的风载荷与流场特征以指导邮轮设计。[方法]采用雷诺时均(RANS)方法中的Realizable k-ε湍流模型和类子结构法模拟思路,对邮轮整船及上层建筑开敞区域的流场特性进行数值模拟,并开展风洞实验进行验证。[结果]研究表明,上层建筑开敞区域的外型及空间布置对邮轮的流场特性具有重要影响,提出的类子结构法模拟思路可以精确模拟局部区域的流场特性。[结论]在设计邮轮时,应使上层建筑整体造型呈流线型,且开敞区域相邻结构之间的高度差和间距不宜过大,所做研究对邮轮设计具有指导作用。

关键词：豪华邮轮复杂上层建筑流场特性

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邮轮烟囱排气管路气动噪声影响因素分析及预报

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中国舰船研究 2024年

作者：黄震阳吴卫国林永水陈聪王一飞曹晓飞王昭予中国舰船研究设计中心中船邮轮科技发展有限公司武汉理工大学理学院武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心

[目的]旨在分析邮轮烟囱排气管路气动噪声的影响因素，并对某国产邮轮开敞区域进行噪声预报。[方法]基于大涡模拟和Lighthill声类比的混合方法，对邮轮实际工况下的管路气动噪声进行数值模拟，研究入口流速、出口压力、截面形状和弯管... 详细信息

[目的]旨在分析邮轮烟囱排气管路气动噪声的影响因素，并对某国产邮轮开敞区域进行噪声预报。[方法]基于大涡模拟和Lighthill声类比的混合方法，对邮轮实际工况下的管路气动噪声进行数值模拟，研究入口流速、出口压力、截面形状和弯管角度对管路气动噪声的影响规律；建立实尺寸邮轮烟囱排气管路模型，分析邮轮烟囱排气管路主要噪声源，并对开敞区域进行噪声预报。[结果]结果表明，入口流速和弯管角度越大，管路气动噪声越大；零压力出口边界的管路气动噪声大于非零压力出口边界的管路气动噪声；矩形截面管气动噪声小于圆形截面管气动噪声；管路气动噪声的窄带峰频率随弯管角度的增大而减小；除烟囱出口外，开敞区域的气动噪声均处于较低水平。[结论]所做研究对控制邮轮烟囱排气管路气动噪声和改善开敞区域的舒适度具有一定的参考价值。

关键词：国产邮轮烟囱排气管路气动噪声噪声预报

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波导吸振器的低频减振设计和应用

力学学报 2023年第11期55卷 2636-2646页

作者：赵晓宇吴卫国林永水武汉理工大学理学院工程结构与力学系武汉430070 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

基于螺旋声学黑洞的波导吸振器(waveguide absorber,WGA)是为解决声学黑洞尖端厚度过薄、截止频率较高等问题而提出的新构型,目前其设计方法、耗能机理和减振应用效果有待进一步研究.研究基于几何声学理论和欧拉-伯努利梁理论,提出了WG... 详细信息

基于螺旋声学黑洞的波导吸振器(waveguide absorber,WGA)是为解决声学黑洞尖端厚度过薄、截止频率较高等问题而提出的新构型,目前其设计方法、耗能机理和减振应用效果有待进一步研究.研究基于几何声学理论和欧拉-伯努利梁理论,提出了WGA的设计方法,构建了WGA材料参数和几何参数选取的理论模型,通过数值仿真揭示了WGA设计参数对弯曲波波数虚部的影响规律,阐明了几何参数对于截止频率的调控机制,进一步从时域和频域的角度分析了WGA的弯曲波耗散机理.开展加筋板减振实验研究对比验证了设计方法的可靠性和WGA的减振效果.结果表明,研究提出的设计方法可使WGA在更大尖端厚度的条件下获得更低的反射系数和截止频率,在降低加工难度的条件下提高其减振效果和适用范围.安装WGA后的加筋板在10~1000 Hz内加速度级降低可达26 d B,减振效果显著优于等质量阻尼层.新设计的WGA具有易安装、减振频带宽、低频减振效果好和对结构固有振动特性影响小等优点.研究为WGA的设计及其在结构减振工程中的应用提供了指导.

关键词：螺旋声学黑洞波导吸振器加筋板减振

脉冲与连续声源激发的Scholte波频散特性研究

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应用力学学报 2023年

作者：吴其彪池晴佳林永水陈威武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉理工大学理学院

浅海中声源激发的Scholte波频散及极化特性对于目标探测有着重要意义，当前对脉冲与连续点声源激发的Scholte波认识仍不够充分。分别运用简正波理论，时域有限元模型结合小波变换对这两种声源激发的Scholte波进行研究。首先基于浅海半... 详细信息

浅海中声源激发的Scholte波频散及极化特性对于目标探测有着重要意义，当前对脉冲与连续点声源激发的Scholte波认识仍不够充分。分别运用简正波理论，时域有限元模型结合小波变换对这两种声源激发的Scholte波进行研究。首先基于浅海半无限弹性海底声场模型，利用简正波理论分析了Scholte波的频散特性，得出硬质海底和软质海底条件下Scholte波都存在频散现象。然后，利用时域有限元模型结合小波变换探究了脉冲与连续声源激发的Scholte波频散和质点运动轨迹的极化特性。结果表明，从时频分析看，两种声源在硬质海底时均可观察到Scholte波的频散现象。连续声源在软质海底时可观察到Scholte波的频散，但脉冲声源难以观察频散现象。从Scholte波极化特性看，脉冲声源激发的Scholte波椭圆率先减小后增大，连续声源下的椭圆率保持稳定；脉冲声源激发的Scholte波在硬质海底下以垂直振动为主；连续声源激发的Scholte波在硬质海底下以垂直振动为主，在软质海底下以水平振动为主。研究结果可为浅海中脉冲与连续声源的探测提供初步依据。

关键词： Scholte波弹性海底频散特性极化特性数值模拟

改进星形蜂窝结构面内动力学响应及能量吸收特性研究

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振动与冲击 2022年第23期41卷 119-128页

作者：胡锦顺林永水陈威李晓彬吴卫国武汉理工大学理学院武汉430063 新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

为提高蜂窝结构的吸能稳定性,基于星形蜂窝结构(star-shape honeycomb, SSH),采用箭头代替其水平壁,并引入与四个凹角接触的方形薄壁,构建了一种改进星形蜂窝结构(improved star-shape honeycomb, ISSH)。基于冲击波理论,确定了改进星... 详细信息

为提高蜂窝结构的吸能稳定性,基于星形蜂窝结构(star-shape honeycomb, SSH),采用箭头代替其水平壁,并引入与四个凹角接触的方形薄壁,构建了一种改进星形蜂窝结构(improved star-shape honeycomb, ISSH)。基于冲击波理论,确定了改进星形蜂窝的低、中、高压溃速度的范围。基于有限元仿真分析了不同冲击速度下的变形模式和吸能特性。结果表明,在不同的冲击载荷下,ISSH具有更高的比能量吸收。基于典型单元的变形特征,构建了理论分析模型,基于能量守恒与动量守恒得到了其在低速和高速加载下的平台应力,理论计算与数值模拟结果呈现出较好的一致性。结果表明:与SSH相比,箭头形和方形薄壁结构的引入提高了ISSH变形的稳定性,ISSH具有更强的吸能能力。研究结果有助于抗冲击防护结构设计。

关键词：星形蜂窝(SSH) 平台应力变形模式比吸能应力-应变曲线

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亚临界雷诺数下粗糙圆柱绕流数值模拟研究

应用力学学报 2022年第5期39卷 974-980页

作者：余睿洁罗良陈威林永水李营武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430063 上海船舶研究设计院上海201203 北京理工大学先进结构技术研究院北京100081

基于标准k-ε模型,在亚临界雷诺数下(Re=3900)对不同表面粗糙度的二维圆柱绕流进行了数值模拟研究,分析了粗糙度对升力系数、阻力系数、涡量场及表面压强分布的影响。结果表明:随着表面粗糙度的增大,阻力系数波动的峰值频率逐渐单一,升... 详细信息

基于标准k-ε模型,在亚临界雷诺数下(Re=3900)对不同表面粗糙度的二维圆柱绕流进行了数值模拟研究,分析了粗糙度对升力系数、阻力系数、涡量场及表面压强分布的影响。结果表明:随着表面粗糙度的增大,阻力系数波动的峰值频率逐渐单一,升力系数和阻力系数的主导频率无规律变化,均方根升力系数和平均阻力系数减小;尾涡排列的规则性降低,且涡泻放强度减小;流动分离点向圆柱后方推移。在圆柱的后驻点,大粗糙度对应较小的压力系数。本研究成果有助于圆柱绕流控制技术研究。

关键词：圆柱绕流表面粗糙度亚临界雷诺数数值模拟

单/双自由度旋转圆柱流致振动特性数值计算分析

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船舶力学 2023年第11期27卷 1661-1670页

作者：包燕旭张小玉陈威林永水李晓彬武汉理工大学理学院武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

为探讨不同自由度下旋转圆柱流致振动特性,本文对单/双自由度二维旋转圆柱在不同转速比下的流致振动进行了数值模拟研究,分析并对比了不同自由度下漩涡脱落模式及分布区间、流体力、振幅响应。研究时观察到六种脱涡模式,单自由度四种(2S... 详细信息

为探讨不同自由度下旋转圆柱流致振动特性,本文对单/双自由度二维旋转圆柱在不同转速比下的流致振动进行了数值模拟研究,分析并对比了不同自由度下漩涡脱落模式及分布区间、流体力、振幅响应。研究时观察到六种脱涡模式,单自由度四种(2S,P+S,2P,U),双自由度五种(2S,P+S,P+T,2T,U),单自由度下U模式区间更大,双自由度下在较高转速比及约化速度下易呈现多涡模式(P+T、2T)。研究结果显示:对于1-DOF圆柱,振幅峰值随转速比增加而增大,锁定区间随旋转比增加而加宽,且在(α=3,Vr=11)时发生跳跃,此时脱涡模式由2S变为2P;对于2-DOF圆柱,无旋转下顺流向自由度促进横流向振动,横流向振幅峰值较1-DOF更大;在转速较小(α=1)时,横流向振幅峰值较无旋转更小,锁定区间缩短,表明低速旋转下顺流向自由度抑制横流向振动;对于较高转速比(α=2,3),圆柱振幅响应发生多次跳跃,每次跳跃峰值递增,并伴随脱涡模式改变(脱涡数增多,脱涡大小、涡量及尾流结构的对称性降低);双自由度下圆柱运动轨迹从8字形逐渐变为窄椭圆形,最终变为大回环扁椭圆形运动。解放顺流向自由度促进了横流向振动,引起了尾流结构的复杂化和圆柱振幅响应的多次跳跃。

关键词：旋转比圆柱绕流流致振动脱涡模式流固耦合