论文题目: 水下复杂弹性壳体的相似性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水声工程
作者: 王三德
导师: 杨德森
关键词: 有限元,统计能量分析,相似理论,有限元预测系数法,振动,祸合振动,声辐射,相似可靠性
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文是在高等学校博士学科点专项科研基金项目“水下结构振动与声辐射相似性研究”资助下完成的。水中兵器的减振降噪一直是水声工程中一个重要的研究课题,但是随着对水下复杂结构体振动和声辐射研究的深入,单一的数值计算已经很难解决水下复杂结构体减振降噪所遇到的问题。本文将相似理论应用到水声工程研究中,采用相似模型试验对水下复杂结构体的振动和声辐射进行研究,不仅可以预报水下复杂结构体的振动和声辐射特性,而且可以为水下复杂结构体的优化设计和减振降噪提供信息。 利用有限元和球函数展开相结合的方法建立了两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动的有限元方程以及远场声压表达式,根据相似理论,对这些方程和表达式进行相似分析,得到两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射的相似条件和相似关系。当原型和相似模型的材料和周围流体相同时,它们之间的模态频率相似比与几何尺寸的缩比因子成反比,模态振型相同,具有相似关系不受流体负载影响的性质。在满足几何相似条件时,原型和相似模型的辐射效率和远场声压指向性相同。 本文将统计能量分析(SEA)和相似理论结合起来研究水下两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射具有统计特性的相似条件和相似关系。研究结果显示,当原型和相似模型材料相同,几何相似时,它们的辐射损耗因子相同,即结构和声场的耦合损耗因子相同;模态密度的相似比与几何尺寸的缩比因子成正比;输入功率相似比与激励力的缩比因子的平方成正比而与几何尺寸的缩比因子的平方成反比。 在实际相似性研究中,原型和相似模型在几何尺寸、材料参数、载荷条件以及边界条件等方面不可能完全满足相似条件,当至少有一个相似条件不能满足时,就产生了满足部分相似条件的畸变模型。本文提出了用厚度畸变模型预测原型的振动、耦合振动和声辐射特性的总体方案。运用有限元预测系数法创造性的建立了两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射的δ-C_h预测曲线和拟合方程,并由此而预测原型的振动和声辐射特性。同时对有限元预测系数法进行推广应用,使之更简单实用。 相似理论对原型振动和声辐射特性的预测是否可靠?本文系统的研究了
论文目录:
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 水下结构振动与声辐射研究方法及研究现状概述
1．2．1 相似理论研究概述
1．2．2 统计能量分析研究概述
1．2．3 数值方法研究概述
1．3 本文研究的背景、方法、内容及意义
1．3．1 问题的提出
1．3．2 研究方法
1．3．3 本文内容
1．3．4 本文的意义
第2章 水下复杂壳体振动和声辐射完全相似的理论研究
2．1 引言
2．2 复杂弹性壳体的有限元分析
2．2．1 壳体的弹性力学关系
2．2．2 有限元分析
2．2．3 两端带半球壳的加肋圆柱壳的有限元方程
2．3 壳体外的声学流体分析
2．3．1 球面S_0内的声学流体有限元分析
2．3．2 球面S_0外的声场分析
2．4 壳体振动的相似性分析
2．4．1 圆柱壳的有限元单元相似分析
2．4．2 半球壳的有限元单元相似分析
2．4．3 环肋的有限元单元相似分析
2．4．4 加肋圆柱壳自由振动的相似性分析
2．4．5 两端带半球壳的加肋圆柱壳受激励振动的相似性分析
2．5 壳体耦合振动的相似性分析
2．5．1 壳体在水中的自由振动相似性分析
2．5．2 壳体在水中的受激励振动相似性分析
2．6 壳体在流体中的声辐射相似性分析
2．6．1 区域Ⅱ(球面S_0内)的声学相似性分析
2．6．2 区域Ⅲ(球面S_0外)的声学相似性分析
2．7 数值计算
2．7．1 壳体振动有限元相似分析
2．7．2 壳体耦合振动有限元相似分析
2．7．3 声场的有限元相似分析
2．8 本章小结
第3章 统计能量分析(SEA)物理模型的建立和相似分析
3．1 引言
3．2 壳体SEA模型的建立
3．2．1 空气中壳体的 SEA子系统划分
3．2．2 水中壳体的 SEA子系统划分
3．3 统计能量分析参数的确定
3．3．1 输入功率
3．3．2 模态密度
3．3．3 内损耗因子
3．3．4 耦合损耗因子
3．4 相似性分析
3．4．1 SEA参数的相似性分析
3．4．2 振动响应的相似性分析
3．4．3 声学相似性分析
3．5 本章小结
第4章 水下复杂壳体振动和声辐射畸变相似的理论分析
4．1 引言
4．2 壳体和声场的Bckinghaln Pi方程的建立
4．2．1 壳体自由振动的Buckinghaln Pi方程
4．2．2 壳体受激励振动的Buckingham Pi方程
4．2．3 壳体耦合振动的Buckingham Pi方程
4．2．4 声场中的Buckingham Pi方程
4．3 模型畸变修正方法的建立
4．3．1 壳体自由振动预测系数的计算
4．3．2 壳体振动响应的预测系数计算
4．3．3 壳体耦合振动的预测系数计算
4．4 有限元预测系数法的推广应用
4．5 有限元预测系数法的验证
4．6 本章小结
第5章 相似的可靠性分析
5．1 引言
5．2 相似理论中的非相似函数(参数)
5．3 自相似性
5．4 相似参数的灵敏性分析
5．5 相似的尺寸效应
5．5．1 损耗因子对相似的影响
5．5．2 剪切形变和转动惯量对相似的影响
5．6 相似的边界效应
5．7 相似可靠性的旁证法
5．8 本章小结
第6章 水下复杂弹性壳体的相似性试验研究
6．1 引言
6．2 相似模型的设计和装配
6．3 壳体振动的相似性试验
6．3．1 振动响应的测量系统
6．3．2 壳体振动相似的数据采集和处理
6．4 壳体的水下振动和声辐射相似性试验
6．4．1 水下试验测量系统
6．4．2 试验结果与分析
6．5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
发布时间: 2005-10-21
参考文献
- [1].桨—轴—艇耦合结构的振动和声辐射特性理论与试验研究[D]. 吴仕昊.上海交通大学2015
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