矩形薄板在周期性荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)研究

發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 03:11

【摘要】：薄板廣泛應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)中,其在激勵(lì)荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng),給工程結(jié)構(gòu)帶來不利影響。在船舶、航天等工程領(lǐng)域,薄板上經(jīng)常安裝一個(gè)或多個(gè)儀器設(shè)備,設(shè)備儀器工作時(shí)也可能引發(fā)薄板的過度振動(dòng),從而影響其正常工作。本文利用模態(tài)理論,基于大型非線性有限元分析軟件Abaqus,對(duì)周期性集中荷載、帶附加質(zhì)量的周期性集中荷載、面荷載作用下薄板的振動(dòng)特性和動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究,并對(duì)不同板厚、不同長(zhǎng)寬比、不同加載位置時(shí)薄板的固有頻率、固有振型、動(dòng)能頻譜、位移頻譜等進(jìn)行了大量分析研究,給出了振動(dòng)特性和動(dòng)力響應(yīng)的分布規(guī)律、各種影響因素的敏感性,并提出了儀器、設(shè)備布置的減振設(shè)計(jì)方法,為工程中薄板上儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝提供了理論依據(jù)和數(shù)值驗(yàn)證。本文的研究?jī)?nèi)容包括:(1)介紹了矩形薄板的自由振動(dòng)控制方程、四邊簡(jiǎn)支薄板的固有頻率和固有振型方程、四邊簡(jiǎn)支薄板在周期性荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)方程。(2)基于Abaqus軟件提取了四邊簡(jiǎn)支矩形薄板的固有頻率和固有振型,分析了周期性集中荷載作用下不同板厚、不同阻尼、不同加載位置時(shí)頻域內(nèi)的動(dòng)力響應(yīng);分析了不同作用面積的面荷載對(duì)薄板振動(dòng)特性和動(dòng)力響應(yīng)的影響;利用模態(tài)分析方法闡釋了荷載作用面積增大過程中的薄板動(dòng)能突變現(xiàn)象;根據(jù)模態(tài)疊加理論,發(fā)現(xiàn)了多個(gè)荷載作用于特定位置時(shí)可以產(chǎn)生模態(tài)抵消效應(yīng),提出了通過控制周期性荷載相位及荷載的加載位置來實(shí)現(xiàn)模態(tài)抵消,提出了減振設(shè)計(jì)方法,以保護(hù)工程結(jié)構(gòu)免受振動(dòng)災(zāi)害的影響。利用各模態(tài)的對(duì)稱/反對(duì)稱性,提出了對(duì)稱加載法和改進(jìn)的對(duì)稱加載法,通過調(diào)整相位的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率周期性荷載產(chǎn)生的薄板振動(dòng)進(jìn)行控制和設(shè)計(jì)。(3)對(duì)于附加較大質(zhì)量點(diǎn)的薄板,研究了不同附加質(zhì)量、不同板厚、不同位置時(shí)薄板固有頻率和固有振型的振動(dòng)特性;并獲得了周期性荷載的頻域范圍內(nèi),附加質(zhì)量、板厚、質(zhì)量點(diǎn)位置對(duì)薄板動(dòng)能的影響規(guī)律。研究了薄板上多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作時(shí)薄板的振動(dòng)特性和動(dòng)力響應(yīng)。研究結(jié)果表明,利用對(duì)稱加載法,可以實(shí)現(xiàn)附加集中質(zhì)量薄板的減振。
【圖文】：

應(yīng)變圖,薄板單元,應(yīng)變圖,薄板