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管道结构振动与声辐射特性研究

袁亮  
【摘要】: 基于管道结构在军工装备和民用设施中均有着广泛的应用,本文对承受高速移动载荷作用输送管道的动态响应及典型充液管道结构受激振动的声辐射特性进行了重点考察和分析。 论文第一部分采用梁-质量块模型来模拟输送管道结构,在考虑梁自身的重量和移动质量块的重量、速度等因素条件下,研究了移动质量运动过程中简支梁的动态响应。文章从简支梁的控制方程出发,采用Galerkin截断对简支梁模型进行离散化,由此形成了系统的动力学方程组。数值分析时,首先考虑质量块作匀速移动时梁的动态响应,基于前人的结果验证了数值计算程序的准确性和有效性;然后重点考查了质量块在匀速、加速移动时简支梁的动态响应,分析了速度、加速度等参数对系统动态响应的影响。研究表明,质量块分别在匀速和加速移动时,简支梁的动态响应存在显著差别。 论文第二部分运用振动力学、流体力学、有限元数值分析方法、声学边界元数值分析方法和计算机仿真等相关理论,对典型管道结构的动态性能进行了分析,并从理论上探索了耦合系统的振动声辐射机理。文章首先采用ANSYS软件计算充液管结构流固耦合情况下的固有模态,然后计算受节点力激励时外表面的法向位移,并提取耦合面的单元网格数据及其法向位移,分别作为SYSNOISE软件计算的边界元模型和边界条件,进而模拟出结构外场声辐射。通过对管道声振模型的计算分析,发现壳体厚度、耦合振动模态等因素对结构声辐射具有一定的影响。本文的研究为解决工程实际中管道结构的噪声控制与优化设计问题提供了一种方便有效的途径。


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