航空薄壁板結(jié)構(gòu)在噪聲載荷作用下響應(yīng)的研究.pdf

1、本文結(jié)合航空科學(xué)基金課題(課題號：02C54007)完成，主要研究飛行器薄壁結(jié)構(gòu)在高聲級寬頻帶隨機(jī)噪聲載荷作用下的響應(yīng)問題，這是研究結(jié)構(gòu)聲疲勞問題的基礎(chǔ)。聲疲勞問題的研究主要包括三方面：1.建立隨機(jī)噪聲載荷模型；2.計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨機(jī)噪聲載荷作用下的響應(yīng)；3.預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。本文重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)在隨機(jī)噪聲載荷作用下位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)的計(jì)算方法。在基本理論研究基礎(chǔ)上，建立了結(jié)構(gòu)響應(yīng)的計(jì)算模型。選取具有固支邊界和簡支邊界的矩形金屬薄壁板單元作為

2、研究對象，在時域和頻域中研究該薄壁板在噪聲載荷作用下響應(yīng)的計(jì)算方法，并完成了位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)的計(jì)算。 1.采用Miles單自由度理論，假定噪聲載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)以基頻為主，選取試驗(yàn)測得的飛機(jī)地面開車噴流噪聲載荷作為輸入，計(jì)算四邊固支和四邊簡支矩形薄壁板上各點(diǎn)的位移響應(yīng)、速度響應(yīng)、加速度響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)的均方值，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。計(jì)算結(jié)果給出了該矩形薄壁板上各點(diǎn)位移響應(yīng)均方值和應(yīng)力響應(yīng)均方值的分布，應(yīng)力響應(yīng)最大的位

3、置是結(jié)構(gòu)上容易出現(xiàn)疲勞破壞的位置。 2.根據(jù)彈性力學(xué)中薄板的振動理論，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的各階振動模態(tài)。從薄板的振動微分方程出發(fā)，引入結(jié)合受納函數(shù)，以有限帶寬高斯白噪聲載荷和試驗(yàn)測得的噪聲載荷作為輸入，采用功率譜密度方法計(jì)算結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)位移響應(yīng)的功率譜密度和應(yīng)力響應(yīng)的功率譜密度。該方法在頻域揭示了聲激勵、結(jié)構(gòu)固有特性和響應(yīng)的關(guān)系，為薄壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中避免出現(xiàn)聲疲勞破壞提供理論依據(jù)。 3.根據(jù)彈性力學(xué)中的能量原理，采用變分法求解薄

4、壁板結(jié)構(gòu)在隨機(jī)噪聲載荷作用下的大撓度彎曲問題，計(jì)算出薄壁板結(jié)構(gòu)中各點(diǎn)位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)的時間歷程。Miles單自由度理論和功率譜密度方法均基于薄板的小撓度彎曲假設(shè)，考慮到在高聲級隨機(jī)噪聲載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)有時是大撓度的，而且，目前大多數(shù)疲勞分析都是在時域內(nèi)進(jìn)行的，本文采用變分法求解薄壁板結(jié)構(gòu)在隨機(jī)噪聲載荷作用下的大撓度彎曲振動響應(yīng)，具有創(chuàng)新性。 本文研究的航空薄壁板結(jié)構(gòu)在隨機(jī)噪聲載荷作用下響應(yīng)的計(jì)算方法和獲得的計(jì)算結(jié)果對分析和