復(fù)雜邊界條件圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性及聲輻射研究.pdf

1、建立振源、柔性基礎(chǔ)、振動(dòng)能量傳遞途徑以及結(jié)構(gòu)聲輻射之間的內(nèi)在聯(lián)系，是揭示結(jié)構(gòu)系統(tǒng)振-聲機(jī)理和控制機(jī)理的必經(jīng)之路，也是實(shí)現(xiàn)振動(dòng)有效隔離、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)低噪聲設(shè)計(jì)的重要理論依據(jù)。對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和聲輻射系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確建模是深入開(kāi)展理論研究的關(guān)鍵所在。本文結(jié)合實(shí)際物理系統(tǒng)中存在的多種激擾力類(lèi)型，復(fù)雜多變的柔性基礎(chǔ)邊界條件、子結(jié)構(gòu)連接條件，隔振器的各種布置形式等，建立了彈性板-圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)柔性基礎(chǔ)隔振系統(tǒng)及其聲輻射的分析模型。本文針對(duì)復(fù)雜邊界條件下圓柱殼

2、耦合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及聲輻射問(wèn)題開(kāi)展如下工作：
　　針對(duì)現(xiàn)有的解析方法求解圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的缺陷，尤其是邊界條件的困擾，例如，僅經(jīng)典的同性邊界就存在136種。本文建立的彈性約束邊界條件下的圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析模型，可適應(yīng)任意邊界條件。在充分考慮圓柱殼結(jié)構(gòu)中彎曲波、扭轉(zhuǎn)波和縱向波之間的耦合關(guān)系條件下，采用二維改進(jìn)傅立葉級(jí)數(shù)法對(duì)圓柱殼三個(gè)方向的位移函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一描述，使其同時(shí)滿(mǎn)足圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制微分方程和邊界約束方程，推導(dǎo)過(guò)程沒(méi)做任何簡(jiǎn)化

3、和近似處理，最終借助瑞利-里茲法獲得系統(tǒng)方程的解。本文對(duì)于圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的求解，只需調(diào)節(jié)邊界上支撐彈簧的剛度值即可適應(yīng)各類(lèi)邊界條件，而不需要重新推導(dǎo)和執(zhí)行新的求解程序。此外，本文建立的彈性邊界約束圓柱殼結(jié)構(gòu)模型便于分析邊界條件對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響。通過(guò)與相關(guān)文獻(xiàn)給出的結(jié)果以及有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本文計(jì)算方法的正確性和優(yōu)越性。
　　構(gòu)建復(fù)雜邊界條件/耦合條件下彈性板-圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析模型,采用復(fù)合的二維改進(jìn)傅立

4、葉級(jí)數(shù)方法對(duì)彈性板和圓柱殼結(jié)構(gòu)的六種位移函數(shù)同時(shí)進(jìn)行描述，并分別對(duì)各自的外在邊界和二者之間的耦合邊界進(jìn)行建模。耦合邊界通過(guò)設(shè)置四類(lèi)耦合彈簧約束模擬結(jié)構(gòu)之間各類(lèi)耦合效應(yīng)，應(yīng)用哈密頓原理從能量的角度推導(dǎo)出板殼耦合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特征方程。將本文計(jì)算方法獲得的結(jié)果與有限元結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證本文模型的有效性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)彈性板-圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫響應(yīng)和功率流傳遞特性進(jìn)行分析。兼顧板殼耦合結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)和力兩方面的信息，應(yīng)用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析技術(shù)，弄清板殼

5、耦合結(jié)構(gòu)中振動(dòng)能量的分布和傳輸情況，并深入探討多種耦合條件、耦合位置以及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)板殼耦合結(jié)構(gòu)功率流傳輸特性的影響，揭示從彈性板到圓柱殼結(jié)構(gòu)功率流傳輸?shù)奈锢肀举|(zhì)。
　　提出一種剛體理論與改進(jìn)傅立葉級(jí)數(shù)相結(jié)合的方法，建立任意邊界條件/耦合條件下彈性板-圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)的單層和雙層隔振模型，開(kāi)展圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)的柔性基礎(chǔ)隔振研究，結(jié)合船舶工程領(lǐng)域輪機(jī)設(shè)計(jì)中存在的實(shí)際問(wèn)題開(kāi)展了隔振系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度分析，綜合考察彈性板-圓柱殼耦合

6、結(jié)構(gòu)柔性基礎(chǔ)的邊界條件、耦合邊連接條件以及激勵(lì)力類(lèi)型和隔振器的安裝位置對(duì)隔振系統(tǒng)中功率流傳輸?shù)挠绊憽２捎们梆伩刂品绞竭M(jìn)行隔振系統(tǒng)的主動(dòng)控制仿真研究，以從振動(dòng)機(jī)械傳遞到柔性支撐基礎(chǔ)的功率流最小化來(lái)確立最優(yōu)的前饋主動(dòng)控制策略，對(duì)不同形式激振力或力矩下隔振系統(tǒng)的被動(dòng)和主動(dòng)隔振效果作全面比較和分析。
　　建立板殼耦合結(jié)構(gòu)柔性基礎(chǔ)隔振系統(tǒng)的聲輻射分析模型。通過(guò)對(duì)圓柱殼聲輻射模態(tài)的推導(dǎo)，建立起圓柱殼結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)與空間聲場(chǎng)的數(shù)學(xué)物理關(guān)系，從聲輻

7、射模態(tài)的角度開(kāi)展彈性板-圓柱殼耦合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的聲輻射特性研究和機(jī)理探索。并深入地考察激擾源的作用形式，作動(dòng)器的作用位置、數(shù)目和形式對(duì)整個(gè)隔振系統(tǒng)通過(guò)圓柱殼體向外聲輻射的影響，以柔性基礎(chǔ)隔振系統(tǒng)通過(guò)殼體向外的輻射聲功率作為整個(gè)系統(tǒng)隔振性能和聲學(xué)性能的評(píng)價(jià)目標(biāo)，進(jìn)而確立相應(yīng)的控制策略，從而為柔性基礎(chǔ)隔振系統(tǒng)的隔振設(shè)計(jì)和聲學(xué)設(shè)計(jì)提供新的思路和有效的技術(shù)手段。
　　最后，搭建了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)圓柱殼結(jié)構(gòu)以及板殼耦合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性開(kāi)展了相