【摘要】：論文的工作是國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目和博士點(diǎn)基金項(xiàng)目的一部分研究?jī)?nèi)容。論文的目標(biāo)是研究工程應(yīng)用中的兩類典型非圓截面柱殼(或由于制造偏差所導(dǎo)致)：橢圓柱殼以及單層偏心圓柱殼的聲振特性。基于波傳播法,并根據(jù)這兩類殼體的幾何特征以及與周圍介質(zhì)的耦合情況,采用了雙Fourier級(jí)數(shù)展開法、傳遞矩陣法對(duì)真空中、內(nèi)部充液和浸沒在流場(chǎng)中幾種情況下的橢圓柱殼和單層偏心圓柱薄殼的聲振特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,著重探討了橢圓度、偏心率以及靜水壓力等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率的影響,并與理想的圓柱殼模型進(jìn)行了對(duì)比,探討了對(duì)于這類非圓截面柱殼低噪聲制造工藝中需要注意的要點(diǎn),對(duì)理論研究和工程應(yīng)用有一定指導(dǎo)作用。 論文較為系統(tǒng)的闡述了本領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況,首先評(píng)述了真空中圓柱殼聲振特性的研究、流場(chǎng)-圓柱殼耦合系統(tǒng)聲振特性的研究以及圓柱殼穩(wěn)定性問題的研究概況。接著回顧了目前非圓截面柱殼在真空中、與流場(chǎng)耦合情況下的聲振特性研究以及關(guān)于非圓截面類柱殼穩(wěn)定性問題的研究概況。 文中第二部分以真空中橢圓柱殼的自由振動(dòng)為研究對(duì)象,基于波傳播法與模態(tài)疊加法,將其位移模式以雙Fourier級(jí)數(shù)形式展開。根據(jù)其截面的曲率半徑表達(dá)式,通過一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算,將變系數(shù)的偏微分方程組轉(zhuǎn)換為齊次線性方程組,并通過截?cái)嗍沟弥芟蚰B(tài)之間互相解耦,并由此求解出橢圓柱殼在不同參數(shù)下的自振頻率。對(duì)影響結(jié)構(gòu)固有頻率的主要參數(shù)進(jìn)行了分析,得到了這些參數(shù)和固有頻率之間的變化關(guān)系。 接著對(duì)真空中單層偏心圓柱薄殼的自由振動(dòng)特性進(jìn)行了研究。首先從偏心圓柱殼截面的幾何特性出發(fā),將偏心圓柱薄殼問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)變厚度圓柱薄殼問題。鑒于此時(shí)不宜繼續(xù)采用Fourier級(jí)數(shù)展開法的特點(diǎn),采用傳遞矩陣法建立殼體的自由振動(dòng)方程,并引入精細(xì)積分法以確保計(jì)算精度,得到固有頻率的特征方程。計(jì)算并分析幾個(gè)主要參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率的影響。 柱殼類結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各類儲(chǔ)液容器以及水下結(jié)構(gòu)中,由于流體的存在,此時(shí)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)會(huì)與流體中的聲場(chǎng)耦合形成一種聲-固耦聯(lián)振動(dòng)。論文第四部分則是根據(jù)這一情況對(duì)內(nèi)部充液以及浸沒在流場(chǎng)中兩種情況下橢圓柱殼的聲-固耦合振動(dòng)特性進(jìn)行了研究。利用殼體狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣來建立橢圓殼耦合系統(tǒng)的自由振動(dòng)方程。而聲介質(zhì)的波動(dòng)方程則采用橢圓柱坐標(biāo)系下的Helmholtz方程來描述,通過求解橢圓柱坐標(biāo)系下的Helmholtz方程,討論了橢圓柱坐標(biāo)下聲壓的解析表達(dá)式。探討了聲壓載荷以及橢圓度帶來的影響。 接下來對(duì)內(nèi)部充液以及浸沒在流場(chǎng)中兩種情況下偏心圓柱殼的聲-固耦合振動(dòng)特性進(jìn)行了研究。利用傳遞矩陣建立偏心殼耦合系統(tǒng)的自由振動(dòng)方程。根據(jù)柱坐標(biāo)系下的Helmoltz方程將聲壓解析式以Bessel函數(shù)表達(dá)。討論了耦合系統(tǒng)固有頻率與主要參數(shù)之間的關(guān)系,探討了聲壓載荷以及偏心率帶來的影響。 實(shí)際工程中,充液容器結(jié)構(gòu)或水下結(jié)構(gòu)一般都會(huì)受到靜水壓力的影響。文中第六和第七部分則分別對(duì)靜水壓力下的充液與浸沒在流場(chǎng)中的橢圓柱殼、偏心圓柱殼的聲-固耦聯(lián)振動(dòng)特性進(jìn)行了分析。利用傳遞矩陣建立耦合系統(tǒng)的自由振動(dòng)方程,并將靜水壓力所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力計(jì)入到其振動(dòng)方程中。分析了主要參數(shù).(如靜水壓力)對(duì)耦合系統(tǒng)固有頻率的影響。同時(shí),對(duì)于浸沒在流場(chǎng)中的橢圓柱殼和偏心圓柱殼,提出了根據(jù)結(jié)構(gòu)基頻與靜水壓力關(guān)系來預(yù)報(bào)其彈性失穩(wěn)壓力的方法,為水下橢圓柱殼以及偏心圓柱殼臨界載荷的無損預(yù)報(bào)提供了新的思路和手段。 論文給出了不同介質(zhì)條件下橢圓柱殼和偏心圓柱殼自振頻率的計(jì)算方法,較為系統(tǒng)的對(duì)不同情況下兩種非圓截面柱殼的聲振特性展開分析,為后續(xù)對(duì)這兩種殼體更進(jìn)一步的研究工作建立了理論基礎(chǔ),同時(shí)也為與實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)這兩種特殊殼體結(jié)構(gòu)的減振降噪工作提供了重要的理論依據(jù)。另外,論文中提出的根據(jù)結(jié)構(gòu)基頻預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)彈性臨界失穩(wěn)壓力的方法亦可為水下橢圓柱殼以及偏心圓柱殼臨界載荷的無損預(yù)報(bào)提供新的思路和方法。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 圖2.9橢圓殼與圓柱殼固有頻率和長(zhǎng)細(xì)比之間的關(guān)系對(duì)比（m=l)從圖2.9中可以看出：(1) ? = 1時(shí)，橢圓殼的固有頻率在任意長(zhǎng)細(xì)比i:/r。下都比圓柱殼的固有頻率大，這與前面的結(jié)論是一致的，因?yàn)樵谥芟蚰B(tài)《 = 1時(shí)，橢圓殼的固有頻率總是隨著橢圓度的增大而增大的。隨著Z/r。比值的增大，橢圓柱殼體的固有頻率始終略大于圓柱殼固有頻率，但兩者之間的差異在逐漸減小。(2) ? = 2時(shí)，橢圓殼與圓柱殼固有頻率在不同的長(zhǎng)細(xì)比Z/r。下交替變化
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 3.2.1殼體截面的幾何形狀偏心圓柱薄殼橫截面示意圖如圖3.1所示，X為外圓圓心，為外圓半徑，，B為內(nèi)圓圓心，r〗為內(nèi)圓半徑。0為AB中點(diǎn)，INB5| = e為偏心距。C為外圓上一點(diǎn)，0C交內(nèi)圓于點(diǎn)D。圖3.1偏心圓柱殼截面示意圖42
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH113.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳正翔,金咸定,張維衡;充液圓柱管殼中振動(dòng)波的頻散特性[J];船舶力學(xué);2000年05期

2 張淑芬;梁斌;張偉;;變厚度圓柱殼的最大基頻設(shè)計(jì)(英文)[J];船舶力學(xué);2007年03期

3 汪勇,蘭波;液體靜水壓力對(duì)圓柱形儲(chǔ)液容器自振頻率的影響[J];重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào);1997年02期

4 鐘萬勰;;結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的精細(xì)時(shí)程積分法[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);1994年02期

5 張智勇,沈榮瀛,王強(qiáng);充液管道系統(tǒng)的模態(tài)分析[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2001年02期

6 傅衣銘,麻海燕;層合非圓截面柱殼的非線性振動(dòng)分析[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年01期

7 左迎濤,張小銘,徐慕冰;流體聲介質(zhì)中無限長(zhǎng)薄圓柱殼的頻散特性[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1997年06期

8 李學(xué)斌,陳雅菊;正交各向異性圓柱殼的振動(dòng)分析及比較研究[J];艦船科學(xué)技術(shù);2002年02期

9 李學(xué)斌;;圓柱殼振動(dòng)分析的波動(dòng)方法[J];艦船科學(xué)技術(shù);2009年05期

10 張盛;金翔;周樺;劉土光;;加肋圓柱殼制造誤差對(duì)聲學(xué)性能的影響研究[J];中國(guó)艦船研究;2011年04期

本文編號(hào)：2515321