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潜艇附加质量计算及其水中振动特性研究

刘成刚  
【摘要】:潜艇结构在水中运动时,受到流体动力的作用,其效果就相当于在物体原有的质量上又增加了一部分质量,使得物体的惯性增加,这部分质量就是附加质量。附加质量使潜艇总体结构和局部结构的振动特性都发生改变,即结构在水中振动时的频率和振型表现出和在空气振动时显著不同的特性,因此潜艇在水中运动时的响应特征也会随之发生变化。 首先,基于势流理论,分别采用频域格林函数法和时域格林函数法计算潜体所受到的水动力,编写了三维频域格林函数和时域格林函数程序,借助已发表的文献资料对其进行验证。 其次,在势流理论算法的基础上,根据双层壳潜艇结构的特点,详细的计算了潜艇附加质量包括潜艇外流场附加质量,舷间流场附加质量,舱段附加质量等。同时分析了潜艇的刚体运动附加质量,弹性振动附加质量,刚弹耦合附加质量。通过对弹性体潜艇模型附加质量的计算,研究频率特性对其附加质量的影响,并对其模态之间耦合计算结果进行分析; 再次,附加质量会改变结构的水中振动特征,本文根据结构的各阶弹性振动附加质量以及耦合附加质量分析矩形板、加筋板在水中的振动特性,并通过对比验证该本文计算方法的准确性和有效性,在此基础上,研究潜艇在水中的振动特性及其湿模态频率与附加质量之间的规律; 最后,在计算得到潜艇附加质量的基础上,研究在冲击载荷作用下潜艇结构的响应,分析冲击因子对潜艇结构响应的影响,为日后对于水下结构响应计算提供一个新思路。


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