经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

尾流中双气泡声学特性的有限元CAE分析

发布于:2022-12-10 19:58
有限元分析

      舰船在航行过程中会在其尾部留下一部分有特殊性质的海水,即为舰船的尾流。舰船尾流与周围海水相比具有很多独特的物理特性,根据尾流所具有的不同的物理特性可以对尾流进行分类。声波相较于电磁波、光波等在水下具有传播速度快、传播距离远和衰减小的特点,使得声波在水声工程领域得到了广泛的应用。舰船尾流与周围的水域相比具有独特的声学特性,通过相关声学设备探测和检测尾流,可以得到目标舰船的相关特性。分布在尾流中的气泡半径的大小、气泡间距等对尾流的声学特性起决定性作用。当入射声波的频率等于气泡的谐振频率时,气泡对声波的衰减最大,此时气泡的目标特性最强。
      通过分析气泡在主动入射声波作用下的反射/散射特性,可以建立尾流中单个气泡的薄球壳结构模型、根据气泡的谐振频率与气泡半径的大小、气泡所处水下的深度有关,可以得到气泡的相关材料属性。有限元分析气泡结构CAE分析模型,可以得到单个气泡声场的计算结果,为双气泡的有限元模型奠定了基础。
      尾流中的气泡对于入射的声波在水与空气的分界而会产生反射和散射作用,且主要与气泡的谐振频率有关。通过对气泡的研究发现,气泡的谐振频率主要由气泡的半径和所处水中的深度决定的。小气泡与谐振腔类似,可以把它看作一个弹性元件,根据其振动原理的类比电路,可以求出在受迫振动下小气泡的谐振频率。
      当入射声波的频率等于气泡的谐振频率时,通过界而声波反射/散射定理,声波可以穿透气泡壁,并在气泡内形成多阶谐振,此时气泡壁的位移最大。
      以此建立尾流中单个气泡的有限元结构模型,经过有限元计算,得不同半径气泡的相关材料参数。尾流中气泡大小的分布与海洋背景相似气泡数密度比海洋背景中高,且气泡之间的平均距离远大于气泡的半径。用声纳测量以15 kn航速航行的驱逐舰产生尾流气泡的分布规律,发现尾流中直径为0.08-0.17 mm的气泡数密度达5.98X10-6 kg/m3,比周围海水的气泡数密度高1-2个数量级。利用激光全息技术研究表明,半径在1015 gm之间,每1 gm半径宽度对应气泡数密度可达10个/m3
      通过以上分析,假设所取尾流模型体积为1 m3且为正方体形状,按气泡数密度大约为10个/m3,将模型等分为10个小正方体,而球壳气泡位于小正方体的中心,则可得2个气泡中心之间的距离为2X10-2m。由此可以建立尾流中2个气泡的结构模型。
      现在利用有限元的方法来分析双气泡模型。利用ANSYS建立双空泡的结构模型。由分析可知,两气泡之间的平均距离为2X10-2 m,可以在点Q(-0.01, 0, 0)处设置局部坐标系,建立单个尾流中气泡的薄球壳模型,设2个气泡的半径相等,为r=1.0X10-4 m,将整个模型关于:轴映射,得到2个气泡的结构模型。为方便表示,将2个气泡之间的距离缩短。
      将建立的双气泡模型导入SYSNOISE中,利用有限元结构模型分析其模态,气泡的半径取r=1.0X10-4 m。外加500 N的载荷、分析频率选择50 kHz,取2个气泡有限元结构上的点进行计算。将点的位移数据保存下来,通过响应函数得到结构上的点在周期变化的载荷作用下的位移变化。


                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com,转载请注明出处和相关链接!

tag标签:
------分隔线----------------------------
------分隔线----------------------------