典型非圓截面柱殼的聲振固有特性研究.pdf

1、論文的工作是國家自然科學(xué)基金資助項目和博士點基金項目的一部分研究內(nèi)容。論文的目標(biāo)是研究工程應(yīng)用中的兩類典型非圓截面柱殼(或由于制造偏差所導(dǎo)致)：橢圓柱殼以及單層偏心圓柱殼的聲振特性?；诓▊鞑シ?，并根據(jù)這兩類殼體的幾何特征以及與周圍介質(zhì)的耦合情況，采用了雙Fourier級數(shù)展開法、傳遞矩陣法對真空中、內(nèi)部充液和浸沒在流場中幾種情況下的橢圓柱殼和單層偏心圓柱薄殼的聲振特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，著重探討了橢圓度、偏心率以及靜水壓力等參數(shù)對結(jié)

2、構(gòu)固有頻率的影響，并與理想的圓柱殼模型進(jìn)行了對比，探討了對于這類非圓截面柱殼低噪聲制造工藝中需要注意的要點，對理論研究和工程應(yīng)用有一定指導(dǎo)作用。
　　論文較為系統(tǒng)的闡述了本領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)況，首先評述了真空中圓柱殼聲振特性的研究、流場-圓柱殼耦合系統(tǒng)聲振特性的研究以及圓柱殼穩(wěn)定性問題的研究概況。接著回顧了目前非圓截面柱殼在真空中、與流場耦合情況下的聲振特性研究以及關(guān)于非圓截面類柱殼穩(wěn)定性問題的研究概況。
　　文中第二部分以

3、真空中橢圓柱殼的自由振動為研究對象，基于波傳播法與模態(tài)疊加法，將其位移模式以雙Fourier級數(shù)形式展開。根據(jù)其截面的曲率半徑表達(dá)式，通過一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算，將變系數(shù)的偏微分方程組轉(zhuǎn)換為齊次線性方程組，并通過截斷使得周向模態(tài)之間互相解耦，并由此求解出橢圓柱殼在不同參數(shù)下的自振頻率。對影響結(jié)構(gòu)固有頻率的主要參數(shù)進(jìn)行了分析，得到了這些參數(shù)和固有頻率之間的變化關(guān)系。
　　接著對真空中單層偏心圓柱薄殼的自由振動特性進(jìn)行了研究。首先從偏心圓柱殼

4、截面的幾何特性出發(fā)，將偏心圓柱薄殼問題轉(zhuǎn)化為一個變厚度圓柱薄殼問題。鑒于此時不宜繼續(xù)采用Fourier級數(shù)展開法的特點，采用傳遞矩陣法建立殼體的自由振動方程，并引入精細(xì)積分法以確保計算精度，得到固有頻率的特征方程。計算并分析幾個主要參數(shù)對結(jié)構(gòu)固有頻率的影響。
　　柱殼類結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各類儲液容器以及水下結(jié)構(gòu)中，由于流體的存在，此時結(jié)構(gòu)的振動會與流體中的聲場耦合形成一種聲-固耦聯(lián)振動。論文第四部分則是根據(jù)這一情況對內(nèi)部充液以及浸沒在

5、流場中兩種情況下橢圓柱殼的聲-固耦合振動特性進(jìn)行了研究。利用殼體狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣來建立橢圓殼耦合系統(tǒng)的自由振動方程。而聲介質(zhì)的波動方程則采用橢圓柱坐標(biāo)系下的Helmholtz方程來描述，通過求解橢圓柱坐標(biāo)系下的Helmholtz方程，討論了橢圓柱坐標(biāo)下聲壓的解析表達(dá)式。探討了聲壓載荷以及橢圓度帶來的影響。
　　接下來對內(nèi)部充液以及浸沒在流場中兩種情況下偏心圓柱殼的聲-固耦合振動特性進(jìn)行了研究。利用傳遞矩陣建立偏心殼耦合系統(tǒng)的

6、自由振動方程。根據(jù)柱坐標(biāo)系下的Helmoltz方程將聲壓解析式以Bessel函數(shù)表達(dá)。討論了耦合系統(tǒng)固有頻率與主要參數(shù)之間的關(guān)系，探討了聲壓載荷以及偏心率帶來的影響。
　　實際工程中，充液容器結(jié)構(gòu)或水下結(jié)構(gòu)一般都會受到靜水壓力的影響。文中第六和第七部分則分別對靜水壓力下的充液與浸沒在流場中的橢圓柱殼、偏心圓柱殼的聲-固耦聯(lián)振動特性進(jìn)行了分析。利用傳遞矩陣建立耦合系統(tǒng)的自由振動方程，并將靜水壓力所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力計入到其振動方程中。分析

7、了主要參數(shù)（如靜水壓力）對耦合系統(tǒng)固有頻率的影響。同時，對于浸沒在流場中的橢圓柱殼和偏心圓柱殼，提出了根據(jù)結(jié)構(gòu)基頻與靜水壓力關(guān)系來預(yù)報其彈性失穩(wěn)壓力的方法，為水下橢圓柱殼以及偏心圓柱殼臨界載荷的無損預(yù)報提供了新的思路和手段。
　　論文給出了不同介質(zhì)條件下橢圓柱殼和偏心圓柱殼自振頻率的計算方法，較為系統(tǒng)的對不同情況下兩種非圓截面柱殼的聲振特性展開分析，為后續(xù)對這兩種殼體更進(jìn)一步的研究工作建立了理論基礎(chǔ)，同時也為與實際工程應(yīng)用中對這兩