近日，我院石永军教授团队在潜航器动力学计算领域取得阶段性进展，相关成果《一种用于有限深度流体中带端板圆柱壳自由振动分析的高效数值方法》（An efficient numerical method for the free vibration analysis of submerged cylindrical shells with end plates in a finite-depth fluid）发表在《Ocean Engineering》。该期刊专注于海洋工程领域的原创研究与技术开发工作，涵盖船舶工程、海洋结构物、水下技术与系统、极地工程、海洋可再生能源开发及自动化控制等方向，涉及流体力学、结构力学、水动力学、海洋材料、设计与施工、运维安全等工业系统内容，最新影响因子为5.5（中科院二区，Top期刊）。文章第一作者为我院张德春老师，通讯作者为石永军教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。该项研究获得了国家自然科学基金，山东省自然科学基金的资助。
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潜深对封闭圆柱壳频率影响的研究对于潜航器设计具有重要意义。为克服传统解析方法的局限性，本文提出了一种求解该类问题的高效数值方法。该方法首先采用作者们前期提出的轴对称有限元-边界元法获取无限域流体中圆柱壳的模态及其对应的源分布；随后基于这些源分布，结合镜像法和最小二乘法求解有限水深中对应这些模态的流体势；在确定流体势后，基于能量原理获得封闭圆柱壳的耦合频率。通过与 ANSYS计算结果的对比，全面验证了本方法的准确性。计算结果表明，本方法与ANSYS计算结果吻合良好，计算效率提升97%以上，存储空间节约99.9%以上，并且在非线性动力学计算中具有重要的潜在优势。
基于该方法对水下复杂圆柱壳模型进行模态分析，结果表明：随着与海面距离的减小，圆柱壳的频率增大，同时周向波数间耦合程度降低。这一效应对中部更长、更轻、更薄的壳体更为显著。此外，环肋的存在和海底会削弱这一影响。本方法具有高效性和强通用性的优势，有利于工程中相关结构的设计与计算。这些计算结果还可进一步用于低频噪声的计算。此外，该方法可有效推广至海面对带肋及内部结构的复杂组合壳频率的影响规律研究及动力学计算中。
论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002980182600658X
