自由边界封闭圆柱壳振动与声辐射分析

论文摘要

圆柱壳在工程中被广泛应用,各国学者就其振动与声辐射问题展开了广泛深入的研究。在对水下有限长圆柱壳的研究中,大多局限于两端固支或者简支的圆柱壳,这是因为此时可以将满足边界条件的圆柱壳模态振型函数解析地表示出来,与振动频率无关。对自由边界条件下的圆柱壳振动与声辐射问题,上述振型函数不再适用,因此研究相对较少。Harari等人提出了一种基于Fourier展开和传递矩阵思想的计算方法,能够解决任意边界条件下圆柱壳的振动与声辐射计算问题。本文基于这种方法,以自由边界条件下的封闭圆柱壳为对象,建立了考虑流固耦合的圆柱壳振动与声辐射计算方法,并对Fourier级数展开方法进行了改进,改善了算法的收敛性。本文的主要研究内容与结论如下:1、采用Flügge精确圆柱壳理论,建立了两端封闭圆柱壳的力学模型,提出了一种将圆柱壳自由振动方程复形函数解变换为实形函数通解的方法,从而可以更方便地确定出模态频率,并在此基础上分析了自由边界圆柱壳的模态频率。2、提出了延长区间的偶性延拓Fourier级数展开法,改善了传统的偶性延拓展开级数在端点处的收敛性。3、以自由边界的封闭圆柱壳为对象,采用波传播法结合Ritz法建立了集中力作用下结构振动响应的计算方法。4、采用所提出的延长区间的偶性延拓Fourier级数展开法,建立了径向和轴向分布力作用下真空中圆柱壳振动响应的计算方法,通过与有限元计算结果的比较说明了算法的正确性。5、采用上述方法和传递矩阵法,建立了考虑流固耦合的封闭圆柱壳受激振动与声辐射的计算方法,并以端部集中力作用时结构的振动与声辐射计算为例验证了算法的正确性。总之,本文以自由边界的封闭圆柱壳为研究对象,建立了其在真空中的自由振动特性算法,改进了普通Fourier级数展开法,计算了真空中结构的受迫振动响应以及考虑流固耦合效应时结构的响应与声辐射,通过与Msc商用软件仿真结果对比,证实了算法的正确性。本文工作为深入研究轴系和艇体组合系统的振动和水下辐射噪声问题奠定了算法基础,具有一定理论意义和工程参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 圆柱壳振动与声辐射特性研究现状
• 1.3 研究思路和主要研究内容
• 1.3.1 目标和思路
• 1.3.2 论文的内容与安排
• 第二章 圆柱壳自由振动分析
• 2.1 两端封闭圆柱壳的力学模型
• 2.2 结构振动方程的解
• 2.3 圆柱壳频散曲线分析
• 2.4 圆柱壳实形函数通解
• 2.5 考虑端板的圆柱壳模态分析
• 2.6 方法验证与结果分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 圆柱壳受激振动分析
• 3.1 集中力作用下的结构响应计算
• 3.2 基于Fourier 级数的分布力作用下的结构响应计算
• 3.3 方法验证与结果分析
• 3.3.1 圆柱壳边界处力作用下的特性
• 3.3.2 圆柱壳面分布力作用下的特性
• 3.4 本章小结
• 第四章 边界自由的圆柱壳声辐射分析
• 4.1 理论推导
• 4.1.1 声辐射计算
• 4.1.2 基于Fourier 级数的传递矩阵法
• 4.2 圆柱壳声辐射计算与特性分析
• 4.2.1 传递矩阵的计算
• 4.2.2 圆柱壳在流体中的振声算法验证与特性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文研究工作的主要结论
• 5.2 有待进一步研究的内容
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果