含彈性連接和夾層水的雙梁結(jié)構(gòu)的振動傳遞與控制研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)振動和聲輻射問題是水下結(jié)構(gòu)物研究的一個重要組成部分,在過去的幾十年中,多數(shù)研究致力于兩大類問題,即結(jié)構(gòu)振動和聲輻射的機理和控制方法。機理研究主要討論梁、板、圓柱殼體與流體耦合的系統(tǒng)的振動和聲學(xué)特性,而振動與聲輻射控制則討論被動與主動控制的原理與實現(xiàn)。論文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,以當(dāng)前聲隱身研究中的雙層充水殼體結(jié)構(gòu)的振動控制為背景,討論其中的基本問題,揭示部分物理現(xiàn)象。論文從半無限雙層板結(jié)構(gòu)的振動模型出發(fā),將問題簡化為含彈性連接和夾層水的

2、雙梁結(jié)構(gòu)的振動分析與控制,基于Euler-Bernoulli梁理論,采用模態(tài)分析方法研究了多種情形下雙梁系統(tǒng)的振動特性,討論夾層水、彈性連接等對振動特性的影響,并對振動控制進行仿真計算與實驗,得到一些新的結(jié)果。論文的主要研究包括：(1)首先將半無限板模型簡化為有限梁模型,在梁的自由振動及受迫振動方程的基礎(chǔ)上,分析了帶彈簧連接的簡支雙梁系統(tǒng)的耦合振動。采用模態(tài)分析方法,求解耦合系統(tǒng)的固有頻率和頻響函數(shù),并通過有限元軟件ABAQUS對解析法

3、的結(jié)果進行驗證,結(jié)果表明兩者非常吻合。對于雙梁中點有彈簧連接的情形,計算結(jié)果表明,當(dāng)彈簧剛度較小時,彈簧對系統(tǒng)的共振頻率幾乎沒有影響；當(dāng)彈簧剛度增大到一定程度時,雙梁反相振動模態(tài)對應(yīng)的固有頻率隨著連接彈簧剛度的增大而增大,而對其它振動模態(tài)的固有頻率沒有影響。(2)從流體域的波動方程出發(fā),結(jié)合梁的橫向振動控制方程和相關(guān)邊界條件,按梁對稱和反對稱模態(tài)討論了含夾層水的雙梁系統(tǒng)的耦合振動。在建模中,對稱模態(tài)和反對稱模態(tài)分別采用余弦級數(shù)和正弦級數(shù)

4、展開,并根據(jù)線性疊加原理獲得耦合系統(tǒng)的頻域響應(yīng)函數(shù)。采用有限元軟件ABAQUS,對計算得到的結(jié)構(gòu)受單點激勵時的頻響函數(shù)、固有頻率、梁的模態(tài)振型以及共振狀態(tài)下流體域中的聲壓分布進行驗證,結(jié)果表明兩者非常吻合。計算結(jié)果還表明,同相模態(tài)對應(yīng)的固有頻率隨夾層水厚度的增大而減小,而反相模態(tài)正好相反；當(dāng)夾層水的厚度越接近于梁的長度,變化的幅度就越小。(3)在上述分析的基礎(chǔ)上,論文采用模態(tài)分析方法進一步研究了含夾層水且有彈簧連接的雙梁系統(tǒng)的振動特性。

5、計算結(jié)果表明,對于雙梁中點有彈簧連接的情形,彈簧僅影響對稱反相模態(tài),而且彈簧剛度越大,對應(yīng)的固有頻率會升高；夾層水厚度對不同模態(tài)有著不同的影響,對于反對稱模態(tài),同相振動的頻率隨著夾層水厚度的增大而升高,反相振動的頻率隨間距的增高而降低,而對于對稱模態(tài),情形則正好相反；各種模態(tài)對應(yīng)的共振頻率的變化幅度隨著夾層水厚度趨近于梁的長度而減?。粖A層水的存在使耦合系統(tǒng)的固有頻率降低。(4)在建模的基礎(chǔ)上,采用基于LMS的自適應(yīng)方法對含夾層水和彈簧連

6、接的雙梁系統(tǒng)的振動傳遞進行主動控制。仿真結(jié)果表明,LMS方法可以用來減小指定梁的振動,而且使流體域中的聲壓分布也會發(fā)生相應(yīng)變化；在中間連接位置進行控制時,同相對稱模態(tài)比反相對稱模態(tài)更難以控制。(5)建立了有限雙層板的實驗?zāi)Ｐ?通過實驗?zāi)Ｐ偷恼駝訙y試與控制,得到了層間流體和連接對振動傳遞的影響規(guī)律,以及主動控制下的振動特征。實驗結(jié)果表明,層間流體的存在使雙層板的固有頻率降低,板間耦合加強；自適應(yīng)方法可以應(yīng)用于充液雙層板系統(tǒng)的振動傳遞控制。