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水下复杂弹性壳体的相似性研究

王三德  
【摘要】:本论文是在高等学校博士学科点专项科研基金项目“水下结构振动与声辐射相似性研究”资助下完成的。水中兵器的减振降噪一直是水声工程中一个重要的研究课题,但是随着对水下复杂结构体振动和声辐射研究的深入,单一的数值计算已经很难解决水下复杂结构体减振降噪所遇到的问题。本文将相似理论应用到水声工程研究中,采用相似模型试验对水下复杂结构体的振动和声辐射进行研究,不仅可以预报水下复杂结构体的振动和声辐射特性,而且可以为水下复杂结构体的优化设计和减振降噪提供信息。 利用有限元和球函数展开相结合的方法建立了两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动的有限元方程以及远场声压表达式,根据相似理论,对这些方程和表达式进行相似分析,得到两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射的相似条件和相似关系。当原型和相似模型的材料和周围流体相同时,它们之间的模态频率相似比与几何尺寸的缩比因子成反比,模态振型相同,具有相似关系不受流体负载影响的性质。在满足几何相似条件时,原型和相似模型的辐射效率和远场声压指向性相同。 本文将统计能量分析(SEA)和相似理论结合起来研究水下两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射具有统计特性的相似条件和相似关系。研究结果显示,当原型和相似模型材料相同,几何相似时,它们的辐射损耗因子相同,即结构和声场的耦合损耗因子相同;模态密度的相似比与几何尺寸的缩比因子成正比;输入功率相似比与激励力的缩比因子的平方成正比而与几何尺寸的缩比因子的平方成反比。 在实际相似性研究中,原型和相似模型在几何尺寸、材料参数、载荷条件以及边界条件等方面不可能完全满足相似条件,当至少有一个相似条件不能满足时,就产生了满足部分相似条件的畸变模型。本文提出了用厚度畸变模型预测原型的振动、耦合振动和声辐射特性的总体方案。运用有限元预测系数法创造性的建立了两端带半球壳的加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射的δ-C_h预测曲线和拟合方程,并由此而预测原型的振动和声辐射特性。同时对有限元预测系数法进行推广应用,使之更简单实用。 相似理论对原型振动和声辐射特性的预测是否可靠?本文系统的研究了


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