基于振動分析的結(jié)構(gòu)附連水質(zhì)量研究.pdf

1、在工程實(shí)踐中存在著大量的振動問題，某些振動現(xiàn)象對人類有益或能為人類所利用，但是對于大多數(shù)機(jī)械和結(jié)構(gòu)，振動往往是有害的，它不僅使機(jī)器的精度和其他性能降低，而且使構(gòu)件中增加了附加動應(yīng)力，縮短了構(gòu)件的壽命，甚至釀成災(zāi)難性的事故。
　　為了有效地降低振動對工程結(jié)構(gòu)的危害，這就要求我們能夠準(zhǔn)確地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動預(yù)報(bào)。而在實(shí)際工程中，很多結(jié)構(gòu)在運(yùn)動時會與流體接觸，互相作用，其振動特性必然會受到周圍流體的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)在流體中振動時，會對周圍的流體

2、產(chǎn)生擾動，流體擾動產(chǎn)生的脈動流體壓力又會反過來作用在結(jié)構(gòu)的表面，使得結(jié)構(gòu)在流體中振動的固有頻率降低，振型改變以及等效阻尼增加。
　　本文利用理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三種方法對剛體和一維彈性體在水中的振動特性進(jìn)行了研究?；诹黧w無旋、無粘不可壓縮的假設(shè)，求解了流體域內(nèi)的速度勢，將脈動水壓力加載在結(jié)構(gòu)表面，得到結(jié)構(gòu)在水中的振動方程。理論研究表明，流體對結(jié)構(gòu)振動的影響主要是振動等效質(zhì)量的增加，即附連水質(zhì)量。二維無限長剛體的附連水質(zhì)量

3、主要與水域?qū)挾缺取傮w到自由表面和水底的距離有關(guān)。而對于一維彈性體，附連水質(zhì)量主要由梁的長細(xì)比、浸沒深度和振動階數(shù)決定。
　　進(jìn)一步利用有限差分方法對有限流體域進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析了水域?qū)挾缺取⑺畋群徒]深度比等參數(shù)對剛體附連水質(zhì)量的影響。借鑒劉易斯法的形式，提出了水下航行器附連水質(zhì)量的快速預(yù)報(bào)公式。對于彈性體在水中的振動問題，以豎直浸入水中的圓柱梁為例，假設(shè)其在水中的振型是空氣中各階振型的疊加，利用瑞利-利茲法求解得到圓柱梁在水

4、中振動的固有頻率和振型。進(jìn)一步基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析了長細(xì)比、水深和模態(tài)對于附連水質(zhì)量的影響，提出懸臂梁在水中振動的附連水質(zhì)量快速預(yù)報(bào)公式。
　　為了驗(yàn)證預(yù)報(bào)公式的準(zhǔn)確性，基于傳統(tǒng)的模態(tài)識別理論，推導(dǎo)了適用于水下結(jié)構(gòu)模態(tài)測試的應(yīng)變測試方法，為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證打下理論基礎(chǔ)。簡化實(shí)驗(yàn)中，通過測量某一圓柱剛體在水下振動的附連水質(zhì)量驗(yàn)證了預(yù)報(bào)公式的有效性。并基于應(yīng)變測試?yán)碚?，測得懸臂梁在水中振動的固有頻率和振型。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究了懸臂梁在流體激勵下的