水中ACLD圓柱殼諧耦振的高精度方法及其振動特性.pdf

1、作為潛艇、魚雷或其它水下航行器普遍采用的一種主要承載構(gòu)件，水下圓柱殼的耦振和聲控研究具有重大的潛在應(yīng)用價值。同時，為了提高這類結(jié)構(gòu)的隱蔽性，需要采取一定的減振降噪措施，使得其滿足較低的輻射噪聲、散射噪聲和自噪聲水平。近年來，被動約束層阻尼（PCLD）和主動約束層阻尼（ACLD）以其可靠顯著的減振降噪能力，在工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，進(jìn)一步將其運用到水下結(jié)構(gòu)聲振特性分析方面的研究并不多見。究其主要原因是由于這類問題涉及圓柱殼、PC

2、LD/ACLD和外流場的力、電、流多場耦合問題以及電壓反饋控制的復(fù)雜性等，采用已有的有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）和FE/BE混合法進(jìn)行數(shù)值求解時，在高頻段精度較低。因此，對水下PCLD/ACLD圓柱殼聲壓譜的解析解的探討，具有重大的研究意義。本文正是針對這一課題進(jìn)行展開研究。
　　 首先，本文建立了一種全新的PCLD/ACLD圓柱殼模型。該模型從圓柱薄殼的基本方程出發(fā)，通過考慮粘彈性層和基殼層、約束層之間的層間相互作用

3、力，以及ACLD圓柱殼中壓電層的本構(gòu)關(guān)系，將PCLD/ACLD圓柱殼的動力學(xué)問題用一系列對應(yīng)于不同環(huán)向波數(shù)的控制方程進(jìn)行了描述。其中，對應(yīng)于兩種不同的電場假設(shè)，本文建立了兩類ACLD圓柱殼模型，即簡單機(jī)電耦合模型和完全機(jī)電耦合模型，它們分別對應(yīng)于兩類控制方程。這兩類控制方程與PCLD圓柱殼的形式一樣，均為一階常微分矩陣方程，其狀態(tài)變量全部由具有實際物理意義的位移和內(nèi)力變量組成，可便于應(yīng)用給定端部處的各種位移和力學(xué)邊界條件。
　　

4、 同時，這些控制方程非常適合采用新型齊次擴(kuò)容精細(xì)積分法進(jìn)行高精度求解，甚至可以獲得計算機(jī)的滿精度解。因此，結(jié)合新型齊次擴(kuò)容精細(xì)積分法和疊加原理，文中對新模型提出的PCLD/ACLD圓柱殼耦合方程建立了一種基于傳遞矩陣法的高精度和高效率的半解析求解方法。數(shù)值計算結(jié)果表明，這種半解析方法的計算精度和效率都較通用的有限元法高。
　　 通過將液動壓力寫成Bessel級數(shù)和的解析表達(dá)形式，本文還將這種方法進(jìn)一步擴(kuò)展到充液PCLD圓柱殼的動

5、力學(xué)特性分析中，建立了一種求解貯液PCLD圓柱殼動力學(xué)特性的傳遞矩陣法。借助于類似的思路和做法，通過將聲壓寫成球Hankel函數(shù)和連帶Legendre函數(shù)乘積的級數(shù)和的解析表達(dá)形式，針對水下PCLD/ACLD圓柱殼的聲振特性問題，本文提出了一種波函數(shù)疊加譜方法。
　　 另外，為了彌補現(xiàn)有ACLD敷設(shè)方式在通用性和靈活性方面的不足，文中提出將ACLD圓柱殼中的壓電層之間用很薄的絕緣層隔離，形成大小相同的壓電塊，然后整體成環(huán)狀連續(xù)敷

6、設(shè)在粘彈性層上。并針對該敷設(shè)新模型，在各壓電塊上分別施加不同的電壓，產(chǎn)生合適的驅(qū)動電壓非均勻分布模式，從而適應(yīng)外激勵實時變化和非軸對稱振動控制的一般情況。在這種敷設(shè)模型和電壓施加方案的基礎(chǔ)上，我們提出了一種全新的控制策略——環(huán)向占優(yōu)模態(tài)控制策略。大量的數(shù)值計算結(jié)果表明：基于這種電壓施加方案的控制策略比以往同類工作具有明顯的先進(jìn)性。
　　 此外，通過引入結(jié)構(gòu)體積位移（SVD）的概念，本文還對ACLD圓柱殼的多點反饋控制進(jìn)行了初步探