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流体加载下含损伤板式结构声振特性研究

王其峰  
【摘要】: 舰船结构处于多种激励作用环境中,研究其振动和声辐射特性对于提高舰船的使用性能和作战能力都有非常重要的意义。工程结构在承载过程中出现损伤是不可避免的,结构出现损伤后,表现出不同于健康结构的声振特性。研究结构动力特性的变化可以对结构的损伤加以识别和评估,预测受损结构的寿命以及结构声辐射变异等。本文对流体加载下含损伤弹性板的声振特性做了数值分析,完成了以下工作: 学习损伤理论,基于Mindlin假设,建立了描述健康和含损伤结构的四结点有限元板壳单元模型。针对各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数。设计了一个弹性板模型,应用模态分析理论和结构动力响应分析方法,计算了该结构的传递函数和固有振动特性随不同损伤情况的变化,同时,引入虚拟激励法研究了损伤对受随机激励系统的影响。 基于Green函数理论,假设流体为静止理想流体,推导了无界流体域中弹性体-流体耦合的有限元/边界元振动方程。将流体的加载效应转化为附加质量,应用双向LANCZOS法求解耦合方程,提取结构表面振速,应用编制的边界元程序,计算弹性板模型的辐射声功率和声辐射阻尼。对比了弹性板不加筋和加筋两种情况下的板表面均方速度和声辐射特性,研究了不同的加筋形式对声辐射阻尼的影响,同时,研究了均方速度对模型辐射声功率的影响。 根据声辐射的形成机理,从能量耗散的角度出发将辐射声功率分解到各声辐射模态下,引出了模态声辐射阻尼,对比了计算模型在空气中和水中的声辐射模态和模态辐射效率。论文着重在声辐射模态下,研究了健康结构和含损伤结构分别处于空气中与水中的声辐射阻尼,对声辐射阻尼的形成机理进行了探讨;讨论了不同的激励情况和板厚对声辐射阻尼和辐射声功率的影响,并且,在声辐射模态下研究了声辐射特性随不同损伤情况的变化,建立了一种含损伤结构的分析方法,在评价损伤对结构声辐射特性影响方面做了一定探索。


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