含彈性連接和夾層水的雙梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)傳遞與控制研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)振動(dòng)和聲輻射問(wèn)題是水下結(jié)構(gòu)物研究的一個(gè)重要組成部分,在過(guò)去的幾十年中,多數(shù)研究致力于兩大類問(wèn)題,即結(jié)構(gòu)振動(dòng)和聲輻射的機(jī)理和控制方法。機(jī)理研究主要討論梁、板、圓柱殼體與流體耦合的系統(tǒng)的振動(dòng)和聲學(xué)特性,而振動(dòng)與聲輻射控制則討論被動(dòng)與主動(dòng)控制的原理與實(shí)現(xiàn)。論文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,以當(dāng)前聲隱身研究中的雙層充水殼體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制為背景,討論其中的基本問(wèn)題,揭示部分物理現(xiàn)象。論文從半無(wú)限雙層板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模型出發(fā),將問(wèn)題簡(jiǎn)化為含彈性連接和夾層水的

2、雙梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析與控制,基于Euler-Bernoulli梁理論,采用模態(tài)分析方法研究了多種情形下雙梁系統(tǒng)的振動(dòng)特性,討論夾層水、彈性連接等對(duì)振動(dòng)特性的影響,并對(duì)振動(dòng)控制進(jìn)行仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn),得到一些新的結(jié)果。論文的主要研究包括：(1)首先將半無(wú)限板模型簡(jiǎn)化為有限梁模型,在梁的自由振動(dòng)及受迫振動(dòng)方程的基礎(chǔ)上,分析了帶彈簧連接的簡(jiǎn)支雙梁系統(tǒng)的耦合振動(dòng)。采用模態(tài)分析方法,求解耦合系統(tǒng)的固有頻率和頻響函數(shù),并通過(guò)有限元軟件ABAQUS對(duì)解析法

3、的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明兩者非常吻合。對(duì)于雙梁中點(diǎn)有彈簧連接的情形,計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)彈簧剛度較小時(shí),彈簧對(duì)系統(tǒng)的共振頻率幾乎沒有影響；當(dāng)彈簧剛度增大到一定程度時(shí),雙梁反相振動(dòng)模態(tài)對(duì)應(yīng)的固有頻率隨著連接彈簧剛度的增大而增大,而對(duì)其它振動(dòng)模態(tài)的固有頻率沒有影響。(2)從流體域的波動(dòng)方程出發(fā),結(jié)合梁的橫向振動(dòng)控制方程和相關(guān)邊界條件,按梁對(duì)稱和反對(duì)稱模態(tài)討論了含夾層水的雙梁系統(tǒng)的耦合振動(dòng)。在建模中,對(duì)稱模態(tài)和反對(duì)稱模態(tài)分別采用余弦級(jí)數(shù)和正弦級(jí)數(shù)

4、展開,并根據(jù)線性疊加原理獲得耦合系統(tǒng)的頻域響應(yīng)函數(shù)。采用有限元軟件ABAQUS,對(duì)計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)受單點(diǎn)激勵(lì)時(shí)的頻響函數(shù)、固有頻率、梁的模態(tài)振型以及共振狀態(tài)下流體域中的聲壓分布進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明兩者非常吻合。計(jì)算結(jié)果還表明,同相模態(tài)對(duì)應(yīng)的固有頻率隨夾層水厚度的增大而減小,而反相模態(tài)正好相反；當(dāng)夾層水的厚度越接近于梁的長(zhǎng)度,變化的幅度就越小。(3)在上述分析的基礎(chǔ)上,論文采用模態(tài)分析方法進(jìn)一步研究了含夾層水且有彈簧連接的雙梁系統(tǒng)的振動(dòng)特性。

5、計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)于雙梁中點(diǎn)有彈簧連接的情形,彈簧僅影響對(duì)稱反相模態(tài),而且彈簧剛度越大,對(duì)應(yīng)的固有頻率會(huì)升高；夾層水厚度對(duì)不同模態(tài)有著不同的影響,對(duì)于反對(duì)稱模態(tài),同相振動(dòng)的頻率隨著夾層水厚度的增大而升高,反相振動(dòng)的頻率隨間距的增高而降低,而對(duì)于對(duì)稱模態(tài),情形則正好相反；各種模態(tài)對(duì)應(yīng)的共振頻率的變化幅度隨著夾層水厚度趨近于梁的長(zhǎng)度而減??；夾層水的存在使耦合系統(tǒng)的固有頻率降低。(4)在建模的基礎(chǔ)上,采用基于LMS的自適應(yīng)方法對(duì)含夾層水和彈簧連

6、接的雙梁系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞進(jìn)行主動(dòng)控制。仿真結(jié)果表明,LMS方法可以用來(lái)減小指定梁的振動(dòng),而且使流體域中的聲壓分布也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化；在中間連接位置進(jìn)行控制時(shí),同相對(duì)稱模態(tài)比反相對(duì)稱模態(tài)更難以控制。(5)建立了有限雙層板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼駝?dòng)測(cè)試與控制,得到了層間流體和連接對(duì)振動(dòng)傳遞的影響規(guī)律,以及主動(dòng)控制下的振動(dòng)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,層間流體的存在使雙層板的固有頻率降低,板間耦合加強(qiáng)；自適應(yīng)方法可以應(yīng)用于充液雙層板系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞控制。