收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

船舶与海洋结构动力分析中的动态刚度阵法研究

周平  
【摘要】: 动态刚度阵法最早由Kolousek于20世纪40年代初提出,是解决工程中结构动力学问题的一个强有力工具,它尤其适合于需要获得更高阶固有频率和更高精度的结构动力特性分析问题。动态刚度阵法通常也被称为精确方法,这是因为它的单元刚度阵是从单元运动微分方程的解析解推导而来的,其中的各元素都是频率的超越函数,并同时具有质量和刚度属性。因而,动态刚度阵法可以通过极少的自由度数准确的计算出结构固有频率和振动响应,而且随着计算频率的升高,动态刚度阵法也无需进一步细划单元。采用动态刚度阵法计算结构动力特性时,可以按结构自然节点划分单元,单元组装方法与常规有限元方法完全相同。本文着重将动态刚度阵法引入并推广到船舶与海洋结构动力分析中,利用它对船舶总体振动特性、局部加筋板结构中高频动力特性以及海洋平台的智能控制进行研究。论文主要包括以下几个方面内容: 本文首次将动态刚度阵法应用于船舶总体振动特性和响应研究中,利用它来简化计算模型,提高计算速度和精度。考虑到垂向和水平振动时船体所带的附加水质量不同,所以可利用平面Timoshenko梁单元的动态刚度阵来分别计算两个方向的总振动固有频率和响应。本文采用动态刚度阵法结合Wittrick-Williams算法对299,500DWT超大型油船的总体振动固有特性进行预报,所得固有频率和固有振型通过模态叠加法来求解该船在螺旋桨激励下的总体振动响应,计算结果分别与一维梁有限元模型和三维全船有限元模型计算结果以及实测值进行比较,以验证本方法的精确性和有效性。研究表明,船舶总体振动的刚度主要取决于平行中体的惯性矩和剪切面积,而其沿船长方向的分布对它的固有频率影响较小,反而船舶质量沿船长分布情况对固有频率的影响较大。因此,如果按理论站的位置来划分船体梁的单元时,可能会因为一个舱室的质量分布在若干个站内,需要按力和力矩等效的原则来重新调整质量分布,而采用动态刚度阵法计算时,当船舶舱室较多时可直接按照舱室分布来划分单元,避免了对船舶质量分布的重新调整,简化了计算模型,方便了数据准备工作,而且还能同时保证各单元满足梁理论的要求,提高了工程需要阶数内固有频率计算结果的准确性,为船舶总体振动特性分析研究提供了一个快速而便捷的计算方法。 本文推导了考虑平面内振动影响的双向加筋Mindlin板动态刚度阵,为动态刚度阵法提供了一种新的单元类型,进而为研究加筋板间的能量传递开辟了一个新途径。本文以加筋中厚矩形板为研究对象,通过Hamilton原理建立考虑平面内振动影响的双向加筋Mindlin板运动微分方程,再利用方程的解析解来推导其动态刚度阵,所得动态刚度阵被用于加筋板的中高频动力特性问题研究之中。首先采用动态刚度阵法对L型加筋板间的耦合损耗因子进行计算,计算结果与实测值和有限元方法分别进行了比较,以验证本文方法的可行性、准确性和高效性;所得加筋板间的耦合损耗因子可与统计能量分析方法相结合,来更为准确地对船舶舱室噪声进行预报。此外,本文还利用动态刚度阵法研究了加筋板间的能量传输关系,讨论了平面内振动、剪切变形和转动惯量对加筋板间弯曲能量传输的影响,并给出了一些相关结论。 本文提出了一种新的基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台模糊神经网络自适应预测逆控制模型。该模型是将实时采集的海洋平台所受波浪力提供给动态刚度阵建立的计算模型,通过它来快速而准确地计算出平台项部的响应,再将此响应作为模糊神经网络预测逆控制器的输入信号,由它预测出下一时刻平台顶部的控制力来对海洋平台振动响应进行控制;同时对控制后的平台响应进行实时测量,所得响应误差和扰动一起作为反馈自适应预测逆控制器的输入信号,它的输出力信号直接反馈到被控平台的项部,以此来消除被控对象的内部噪声和外部扰动。最后的数值算例结果表明,本文所提出的导管架式海洋平台主动控制模型既能很好地解决控制系统中存在的时滞问题,又具有较强的抗干扰能力,可以有效地控制海洋平台的振动响应。 本文研究表明,动态刚度阵法凭借着所需单元少、计算速度快、计算精度高以及适用频率范围广等特点,可以用来便捷高效地计算结构的动力特性,在船舶与海洋结构动力分析中有着广阔的应用前景。利用该方法对船舶总体振动特性分析过程中可以提高计算精度,简化计算模型,是一个不可多得的简便实用工具。毫无疑问,本文所推导的双向加筋Mindlin板单元的动态刚度阵为动态刚度阵法提供了一个新的单元类型,为研究加筋板间中高频区域内的动力特性提供了一个强有力的工具。所提出的基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台主动控制模型,为海洋平台的主动振动控制提供了一个新思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王宏楠;李书臣;林丽君;刘宣宇;;基于单步预测的模型参考自适应逆控制[J];河北工业大学学报;2007年03期
2 颜诗源;张克志;钱峰;席涛;张胜修;;静电陀螺支承控制的自适应逆控制分析[J];中国惯性技术学报;2009年05期
3 周平;赵德有;;四边简支单向加筋矩形板的振动特性分析[J];中国海洋平台;2006年05期
4 周平;赵德有;;基于动态刚度阵法的加筋板间能量流研究[J];大连理工大学学报;2008年01期
5 张敬芬;孟光;赵德有;;基于模糊神经网络的薄板不同指标裂纹诊断[J];机械工程学报;2006年03期
6 郑昌信;黄信芝;蔡隆英;;机械阻抗法用于振动压路机结构的动力分析[J];建筑机械;1981年02期
7 兰振凯;刘敏珊;;动态有限单元法对摩托车刚架的动力分析[J];郑州大学学报(工学版);1987年02期
8 张敬芬,赵德有;基于模糊神经网络和数据融合的结构裂纹故障诊断[J];船舶力学;2004年02期
9 张健;芮延年;陈洁;;基于模糊神经网络理论混凝土结构梁的健康状态综合评判方法的研究[J];苏州大学学报(工科版);2006年04期
10 高德平 ,张益松;回转周期结构的振动特性分析[J];南京航空航天大学学报;1986年04期
11 李国镇,欧进萍,王跃平;连续体系受平稳随机干扰的动力可靠性分析[J];力学与实践;1987年03期
12 张开银;黎晨;赵桂林;叶方谦;;结构动力学在桥梁工程应用中若干问题研究[J];固体力学学报;2010年S1期
13 周叮;;两对边简支加筋矩形板模向自由振动的动刚度解法[J];强度与环境;1992年01期
14 张开银;刘亚军;赵桂林;叶方谦;;结构动力学应用中若干基本概念的探讨[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2010年06期
15 孙未艾,朱继梅;用动态子结构的加权残数法计算电站锅炉炉墙动力特性[J];上海理工大学学报;1989年01期
16 蒯圣堂;重力拱坝的动态特一性[J];水利水电快报;1994年09期
17 卢凤翎;半无限深理想势流中圆柱形结构固有振动的求解[J];强度与环境;1995年01期
18 张绍德,王志营,陈正;基于自适应模糊神经网络的二阶惯性纯滞后系统研究[J];电气传动自动化;1997年02期
19 鲍其莲,张炎华;模糊神经网络的局部调整快速学习算法[J];上海交通大学学报;1998年08期
20 高峡,孙作安;旋转机械故障诊断的模糊神经网络方法[J];沈阳电力高等专科学校学报;2000年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邵国建;范晓晨;;基于区间方法的不确定性工程结构动力分析[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 李仁发;乜崇义;;一种用模糊神经网络建立模糊模型的新方法[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(上册)[C];1996年
3 邢杰;萧德云;;FALCON模糊神经网络及其在铝电解槽阳极效应预报中的应用[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
4 席东民;胡琳静;;模糊神经网络在单元机组协调控制中的应用[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
5 谭思云;李志明;;基于模糊神经网络的水泥回转窑分解炉温度控制[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
6 孙增圻;;模糊神经网络及其在系统建模与控制中的应用[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(上册)[C];1998年
7 梁志珊;张化光;;模糊神经网络的构造[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
8 徐洪钟;吴中如;;模糊神经网络模型在大坝安全监测中的应用[A];中国水力发电工程学会大坝安全监测专业委员会年会暨学术交流会论文集[C];2000年
9 刘靖;刘念;王海田;党晓强;;基于模糊神经网络的同步发电机转子匝间短路预测[A];四川省电工技术学会电机、电测专业委员会2002年学术年会论文集[C];2002年
10 刘国光;程青蟾;李燮里;张月兰;;声发射模糊神经网络[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周平;船舶与海洋结构动力分析中的动态刚度阵法研究[D];大连理工大学;2007年
2 何海;混合动力汽车控制系统设计与仿真[D];华中科技大学;2005年
3 王勇献;蛋白质二级结构预测的模型与方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
4 吴建发;优选压裂井方法研究[D];西南石油学院;2005年
5 邓胜祥;石灰炉在线仿真技术与炉况诊断及复杂系统智能控制研究[D];中南大学;2004年
6 隗海林;LPG/汽油两用燃料发动机燃料转换过程控制策略研究[D];吉林大学;2007年
7 王瑞敏;基于神经网络辨识模型的质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D];上海交通大学;2008年
8 冯秀芳;无线传感器网络数据融合技术的研究及在机械故障诊断中的应用[D];太原理工大学;2009年
9 任芳;基于多传感器数据融合技术的煤岩界面识别的理论与方法研究[D];太原理工大学;2003年
10 朱燕飞;锌钡白回转窑煅烧过程智能建模研究[D];华南理工大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘瑞平;电控汽油机智能故障诊断系统[D];太原理工大学;2011年
2 孟凡华;模糊神经网络在大滞后非线性系统中的应用[D];河北工业大学;2004年
3 张克良;基于模糊神经网络的锅炉燃烧控制方法的研究[D];天津大学;2004年
4 韩锋;基于模糊神经网络的电力系统短期负荷预测[D];河北农业大学;2011年
5 高明帅;循环流化床锅炉灰循环系统控制优化研究[D];华北电力大学(北京);2011年
6 曾珞亚;模糊神经网络的应用与研究[D];广西师范大学;2000年
7 刘鑫伟;车辆行驶信息检测与主动避撞安全控制策略的研究[D];湖南大学;2010年
8 李兆福;模糊神经网络及其应用[D];南京理工大学;2003年
9 宋子辉;基于模糊神经网络技术的D350高速风机故障诊断系统研究[D];中南大学;2004年
10 苏锋;模糊神经网络解耦[D];大连理工大学;2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;李春祥:提出固有频率五种新模型[N];科技日报;2003年
2 湖南 柳建国;用李沙育图形测量音叉固有频率[N];电子报;2004年
3 太原技师学院 韩茂忠 米国强 田新平;液压设备常见故障及排除方法[N];山西科技报;2007年
4 本报记者 张亦嵘 见习记者 张鑫;噪声污染防治立法观念应该更新[N];法制日报;2005年
5 中国钢铁工业协会节能减排课题组;钢铁行业节能减排的重点[N];现代物流报;2008年
6 杨耀辉;做信息化的“明白人”[N];中国国防报;2007年
7 安徽理工大学 芦涛;浅析串联谐振与并联谐振[N];电子报;2006年
8 乐俊淮 郭亦菲;解读无形杀手夺命之谜[N];中国国防报;2004年
9 黄汉标;解读一体化作战[N];解放军报;2004年
10 本报记者 徐亚静;中医药热力学研究——热![N];中国医药报;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978