潜艇附加质量计算及其水中振动特性研究

论文摘要

潜艇结构在水中运动时,受到流体动力的作用,其效果就相当于在物体原有的质量上又增加了一部分质量,使得物体的惯性增加,这部分质量就是附加质量。附加质量使潜艇总体结构和局部结构的振动特性都发生改变,即结构在水中振动时的频率和振型表现出和在空气振动时显著不同的特性,因此潜艇在水中运动时的响应特征也会随之发生变化。首先,基于势流理论,分别采用频域格林函数法和时域格林函数法计算潜体所受到的水动力,编写了三维频域格林函数和时域格林函数程序,借助已发表的文献资料对其进行验证。其次,在势流理论算法的基础上,根据双层壳潜艇结构的特点,详细的计算了潜艇附加质量包括潜艇外流场附加质量,舷间流场附加质量,舱段附加质量等。同时分析了潜艇的刚体运动附加质量,弹性振动附加质量,刚弹耦合附加质量。通过对弹性体潜艇模型附加质量的计算,研究频率特性对其附加质量的影响,并对其模态之间耦合计算结果进行分析；再次,附加质量会改变结构的水中振动特征,本文根据结构的各阶弹性振动附加质量以及耦合附加质量分析矩形板、加筋板在水中的振动特性,并通过对比验证该本文计算方法的准确性和有效性,在此基础上,研究潜艇在水中的振动特性及其湿模态频率与附加质量之间的规律；最后,在计算得到潜艇附加质量的基础上,研究在冲击载荷作用下潜艇结构的响应,分析冲击因子对潜艇结构响应的影响,为日后对于水下结构响应计算提供一个新思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 附加质量基本理论
• 2.1 刚体附加质量
• 2.1.1 无界流中物体受到的流体动力
• 2.1.2 波浪中运动物体受到的流体动力
• 2.2 弹性体附加质量
• 2.3 模态分析法
• 2.4 本章小结
• 第3章 附加质量数值算法及验证
• 3.1 频域法
• 3.2 时域法
• 3.3 三维数值方法
• 3.4 计算方法及程序的有效性验证
• 3.4.1 附加质量的数值计算结果
• 3.4.2 附加质量的渐进特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 潜艇结构附加质量计算分析
• 4.1 双层壳潜艇附加质量计算方法
• 4.2 潜艇结构边界元模型
• 4.3 潜艇刚体模型数值计算
• 4.3.1 外流场作用下潜艇附加质量
• 4.3.2 舷间流场场作用下刚体附加质量
• 4.3.3 外流场与舷间流场同时作用下刚体附加质量
• 4.4 频率特性对潜艇结构附加质量的影响研究
• 4.4.1 外流场作用下潜艇各阶模态附加质量
• 4.4.2 舷间流场作用下潜艇各阶模态附加质量
• 4.4.3 外流场与舷间流场同时作用下潜艇各阶模态附加质量
• 4.5 刚体与弹性体耦合附加质量计算研究
• 4.5.1 外流场作用下潜艇耦合附加质量
• 4.5.2 舷间流场作用下耦合附加质量
• 4.5.3 外流场与舷间流场同时作用下耦合附加质量
• 4.6 本章小结
• 第5章 潜艇结构水中振动特性
• 5.1 流固耦合方法的基本理论
• 5.1.1 潜艇结构水中振动特征
• 5.1.2 湿模态法
• 5.2 潜艇结构水中振动特征
• 5.2.1 潜艇局部板结构
• 5.2.2 潜艇局部加筋板结构
• 5.3 潜艇结构水中振动特征
• 5.4 本章小结
• 第6章 冲击载荷作用下潜艇结构响应分析
• 6.1 基本理论
• 6.1.1 冲击载荷作用下潜艇结构响应计算方法
• 6.1.2 冲击载荷计算方法
• 6.1.3 冲击载荷作用下潜艇表面等效节点载荷计算
• 6.2 工况设计
• 6.3 冲击因子对潜艇结构响应的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢