【摘要】：機械設(shè)備在制造、加工和裝配過程中存在大量的振動問題,會影響工人正常操作和機器精度,使工作誤差增大,不合格率上升,更有可能影響安全性,造成生產(chǎn)事故。現(xiàn)有振動分析方法主要有以有限元方法為代表的傳統(tǒng)分析方法和以統(tǒng)計能量分析法為代表的能量分析方法,與傳統(tǒng)的有限元方法和統(tǒng)計能量分析法相比較,能量有限元方法可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)中高頻振動的計算,適用頻帶更寬。當(dāng)進一步分析結(jié)構(gòu)的聲振耦合特性時,邊界元方法與能量方法相結(jié)合可有效地提高原有方法的計算效率和計算精度,本文將功率流概念引入邊界元計算,形成能量邊界元方法,將該方法應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)的振動特性研究,為諸如高鐵、船艦等大型復(fù)雜耦合結(jié)構(gòu)的聲振預(yù)測和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論指導(dǎo)。本研究來源于國家自然科學(xué)基金項目“高鐵等超大型結(jié)構(gòu)寬頻聲振預(yù)報的混合能量流方法”(No.51675306)。主要研究內(nèi)容如下:通過求解一維桿、軸、梁結(jié)構(gòu)在簡諧激勵下的位移解,推導(dǎo)一維結(jié)構(gòu)的能量密度和能量流關(guān)系,根據(jù)結(jié)構(gòu)單元體的能量守恒原則,進一步得到結(jié)構(gòu)的能量方程。二維板結(jié)構(gòu)存在面內(nèi)和面外振動,分別根據(jù)其振動控制方程求解波動解,進一步根據(jù)二維板單元體的能量守恒原則,推導(dǎo)二維板結(jié)構(gòu)的能量方程。將邊界元方法應(yīng)用于求解結(jié)構(gòu)的振動能量方程,在能量方程的基礎(chǔ)上,將求解得到的自由空間格林函數(shù)作為權(quán)函數(shù),在域內(nèi)積分并作分部積分處理實現(xiàn)微分算子的轉(zhuǎn)移,形成能量邊界元理論。將該理論應(yīng)用到一維桿、軸、梁結(jié)構(gòu)中,通過對比能量邊界元方法和能量有限元方法的能量密度,驗證方法的可靠性。對比兩種方法的計算過程,發(fā)現(xiàn)在確保精度的前提下,能量邊界元方法的求解過程更為簡單直接。通過對一維耦合結(jié)構(gòu)的能量傳遞特性、能量傳遞關(guān)系的分析,對耦合結(jié)構(gòu)能量傳遞系數(shù)進行求解,并分析耦合角度、橫截面積比、材料等對能量傳遞系數(shù)的影響,為后續(xù)進行的復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)振動特性分析所需的能量傳遞系數(shù)的簡化處理提供理論支持。根據(jù)耦合點處的能量傳遞系數(shù),將能量邊界元方法應(yīng)用于一維耦合結(jié)構(gòu),分別分析二叉梁、三叉梁和復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)的振動特性。通過對框架結(jié)構(gòu)的能量密度和能量強度結(jié)果分析,分析可得到框架結(jié)構(gòu)的振動傳遞路徑。將能量邊界元方法擴展至二維單板結(jié)構(gòu),通過能量有限元方法和能量邊界元方法對矩形單板的振動特性分析,結(jié)果表明,兩者分析結(jié)果高度一致,驗證了能量邊界元方法在二維板結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的可靠性。通過耦合板耦合邊界處的分析,求解耦合板結(jié)構(gòu)的能量傳遞系數(shù),分析激勵頻率、板厚、耦合角度等對能量傳遞系數(shù)和波型轉(zhuǎn)換的影響,對后續(xù)分析耦合結(jié)果的能量傳遞系數(shù)的簡化處理提供理論基礎(chǔ)。將能量邊界元方法應(yīng)用于耦合板結(jié)構(gòu)、'門'型耦合結(jié)構(gòu)和'口'字型結(jié)構(gòu),分析結(jié)構(gòu)的振動特性得到結(jié)構(gòu)的振動傳遞路徑,為以后應(yīng)用于船艦、高鐵等大型箱式結(jié)構(gòu)的振動特性分析提供理論支持。
【圖文】：

成生產(chǎn)事故�？梢�，對振動問題進行預(yù)測、分析和控制有著重要的實際意義。逡逑圖１－１常見的大型機械逡逑現(xiàn)代工業(yè)向著大型、高速、輕薄等方向發(fā)展，如圖１－１所示的常見大型機械逡逑設(shè)備和交通運輸工具，振動問題日益突出。工程中的常見振動問題，按照頻率進逡逑行劃分，可劃分低頻振動問題和中高頻振動問題，常見低頻振動問題包括：城市逡逑軌道交通運輸工具在運行過程中產(chǎn)生的振動，市區(qū)建筑物在風(fēng)等自然激勵下的振逡逑動等；常見的中高頻振動問題包括：高鐵作為一種典型的大型薄壁型耦合結(jié)構(gòu)高逡逑速運動的振動噪聲問題；大型船舶、艦艇和航天航空飛行器等設(shè)備的振動噪聲問逡逑題等。可見在一般的機械工業(yè)中，中高頻振動更加普遍，這些振動不僅會影響設(shè)逡逑備系統(tǒng)的正常運行和降低設(shè)備精度，更有可能造成設(shè)備的疲勞損壞，對人民生命逡逑１逡逑

４３］教授使用能量有限元方法對Ｌ形耦合板和ｎ型耦合板進行研究，得到了結(jié)構(gòu)逡逑內(nèi)的能量密度分布，并對結(jié)構(gòu)內(nèi)的能流強度進行可視化，為后續(xù)研宄提供了理論逡逑基礎(chǔ)（如圖１－２所示）。江民圣［４４］建立了任意角度耦合板的模型，，分析能量傳遞逡逑系數(shù)的影響因素，建立任意角度耦合板結(jié)構(gòu)的振動特性模型；本人就任意角度耦逡逑合板的能量傳遞系數(shù)和其影響因素給予充分討論［４５］。劉知輝［４６４８］使用多種單元逡逑類型對耦合板結(jié)構(gòu)進行分析，將該方法的應(yīng)用擴展至異形板結(jié)構(gòu)，采用混合單元逡逑類型對異形耦合板進行研宄；使用所構(gòu)建模型對板結(jié)構(gòu)構(gòu)成的封閉箱體進行分析，逡逑將其應(yīng)用于汽車廂體的分析（如圖１－３所示）。逡逑0邋0、、０邋２逡逑ｙ邋（ｍ）邐ｘ邋（ｍ）逡逑ｌ0邋ｐ邋．邐＂邐？一、丨，一邋—邐．邋一邋—逡逑？二二二二二二二二匕：２邋山：Ｌ二二二二二．二二二二二逡逑玄邋一邋一－．－二二二二二二—＾邐？邐一二一一一逡逑0．0邐一－一邋■—ｗ—邋—邋一一一ｉ—／邋Ｉ、、、、一一》一一一逡逑０．０邐０．５邐１．０邐１．５－邐２．０邐２．５邐３．０逡逑Ｘ（ｍ）逡逑圖１－２邋ｎ型板能量密度分布和能流圖逡逑圖１－３基于能量有限元的汽車駕駛室能量密度和能量梯度預(yù)測逡逑１．３．２能量邊界元法逡逑在求解聲振問題，尤其是聲學(xué)問題上，邊界元方法得到了廣泛應(yīng)用。方英武逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH113.1

【參考文獻】

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1 尹鏹;蔡成標;陳兆瑋;;基于瞬態(tài)邊界元法的箱梁聲輻射[J];西南交通大學(xué)學(xué)報;2015年06期

2 孫加平;張麗榮;孫海榮;王志海;王永成;;高速列車夾芯地板結(jié)構(gòu)隔聲特性研究[J];噪聲與振動控制;2014年04期

3 游進;孟光;李鴻光;;三維框架結(jié)構(gòu)隨機能量流分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2010年08期

4 張維英;孫文志;張軍;兆文忠;;結(jié)構(gòu)隨機振動有限元/邊界元法聲學(xué)數(shù)值仿真[J];大連交通大學(xué)學(xué)報;2010年03期

5 王登峰;陳書明;曲偉;劉波;李傳兵;趙雪梅;;車內(nèi)噪聲統(tǒng)計能量分析預(yù)測與試驗[J];吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2009年S1期

6 解妙霞;陳花玲;吳九匯;;圓柱殼高頻彎曲振動的能量有限元分析[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2008年09期

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本文編號：2645529