基于振動分析的結(jié)構(gòu)附連水質(zhì)量研究.pdf

1、在工程實踐中存在著大量的振動問題，某些振動現(xiàn)象對人類有益或能為人類所利用，但是對于大多數(shù)機械和結(jié)構(gòu)，振動往往是有害的，它不僅使機器的精度和其他性能降低，而且使構(gòu)件中增加了附加動應力，縮短了構(gòu)件的壽命，甚至釀成災難性的事故。
　　為了有效地降低振動對工程結(jié)構(gòu)的危害，這就要求我們能夠準確地對結(jié)構(gòu)進行振動預報。而在實際工程中，很多結(jié)構(gòu)在運動時會與流體接觸，互相作用，其振動特性必然會受到周圍流體的影響。當結(jié)構(gòu)在流體中振動時，會對周圍的流體

2、產(chǎn)生擾動，流體擾動產(chǎn)生的脈動流體壓力又會反過來作用在結(jié)構(gòu)的表面，使得結(jié)構(gòu)在流體中振動的固有頻率降低，振型改變以及等效阻尼增加。
　　本文利用理論分析、數(shù)值計算和實驗研究三種方法對剛體和一維彈性體在水中的振動特性進行了研究。基于流體無旋、無粘不可壓縮的假設(shè)，求解了流體域內(nèi)的速度勢，將脈動水壓力加載在結(jié)構(gòu)表面，得到結(jié)構(gòu)在水中的振動方程。理論研究表明，流體對結(jié)構(gòu)振動的影響主要是振動等效質(zhì)量的增加，即附連水質(zhì)量。二維無限長剛體的附連水質(zhì)量

3、主要與水域?qū)挾缺取傮w到自由表面和水底的距離有關(guān)。而對于一維彈性體，附連水質(zhì)量主要由梁的長細比、浸沒深度和振動階數(shù)決定。
　　進一步利用有限差分方法對有限流體域進行數(shù)值計算，分析了水域?qū)挾缺?、水深比和浸沒深度比等參數(shù)對剛體附連水質(zhì)量的影響。借鑒劉易斯法的形式，提出了水下航行器附連水質(zhì)量的快速預報公式。對于彈性體在水中的振動問題，以豎直浸入水中的圓柱梁為例，假設(shè)其在水中的振型是空氣中各階振型的疊加，利用瑞利-利茲法求解得到圓柱梁在水

4、中振動的固有頻率和振型。進一步基于數(shù)值計算結(jié)果分析了長細比、水深和模態(tài)對于附連水質(zhì)量的影響，提出懸臂梁在水中振動的附連水質(zhì)量快速預報公式。
　　為了驗證預報公式的準確性，基于傳統(tǒng)的模態(tài)識別理論，推導了適用于水下結(jié)構(gòu)模態(tài)測試的應變測試方法，為實驗驗證打下理論基礎(chǔ)。簡化實驗中，通過測量某一圓柱剛體在水下振動的附連水質(zhì)量驗證了預報公式的有效性。并基于應變測試理論，測得懸臂梁在水中振動的固有頻率和振型。進一步實驗研究了懸臂梁在流體激勵下的