基于瞬态统计能量方法的船舶结构冲击载荷识别研究

发布时间：2020-07-24 03:37

【摘要】：冲击载荷由于其具有瞬态性和复杂性等特点,对结构的稳定性、安全性有着非常重要的影响,因此在研究时不可避免地要研究其宽频带内的动力学特性。随着近些年航天技术的飞速发展,其产品的稳定性和可靠性也越来越受到人们的重视,尤其对于复杂结构来说,其宽频带内的动力学响应特性受到国内外学者的广泛关注。上世纪60年代发展起来的统计能量分析方法,可以克服传统模态分析方法所遇到的困难,但对于冲击载荷来说,由于其具有瞬态特性,单纯应用统计能量分析方法很难对其进行准确地研究。因此,本文基于瞬态统计能量分析方法的基本理论,通过对深潜器的典型构件进行试验,对冲击载荷的识别开展了理论研究和试验分析,其研究内容主要由以下几点构成:首先,对统计能量和瞬态统计能量的理论以及冲击载荷识别理论进行分析,并且通过二子耦合系统,推导了瞬态统计能量的平衡方程并将其拓展,通过matlab进行程序编写,整理出求解结构内损耗因子以及耦合损耗因子的计算公式,并且推导了三子耦合系统的耦合损耗因子计算公式。确定内损耗因子、耦合损耗因子和冲击载荷识别的试验模型,对测点和激励点进行详细的方案设计。其次,对深潜器的典型结构进行内损耗因子和耦合损耗因子的试验测试,在进行内损耗因子试验时,采用三种力锤进行激励;在进行耦合损耗因子试验时,根据构件的特点,将构件分为二子耦合系统和三子耦合系统分别进行试验。并基于Hilbert变换的瞬态衰减法对内损耗因子值进行详细地处理和分析,同时基于瞬态统计能量和波动法原理对耦合损耗因子值进行详细地处理和分析。在进行数据分析时,给出了数据处理的详细步骤,并且进行了多种工况的对比分析,最后给出了深潜器典型结构在分析频带100Hz～1000Hz内的内损耗因子值和耦合损耗因子值。最后,基于瞬态统计能量分析的基本原理,结合试验测得的损耗因子值,对圆柱壳-横舱壁二子耦合系统进行进行冲击载荷识别的试验研究。经过对比分析试验数据和识别数据可以发现,识别数据大致可以替代实测数据,体现了该方法的可行性。同时对非耐压壳-内加筋二子耦合系统进行了冲击载荷的位置识别,通过对识别结果的对比,以及对参与试验构件的特点进行分析,总结规律,确定该方法为壳、板等高模态密度结构提供了一种可靠的冲击载荷的识别方法。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.44
【图文】：

主要工作,论文,模型,深潜器

图１．４邋ＶＡ邋Ｏｎｅ统计能量模型逡逑要工作简介逡逑要基于瞬态能量统计法和波动法相结合的方法，对深潜器的耦合损耗因子的测试，并以测得的损耗因子值为基础，提出理论的载荷识别法。体现出了统计能量法在分析瞬态冲击问。本文的主要工作内容如下：逡逑定试验方案。本文对深潜器的典型构件进行分析后，对深确定激励点和试验测点，确定试验方法以及数据处理方法处理公式。逡逑验测试内损耗因子。本文基于Ｈｉｌｂｅｒｔ变换的瞬态衰减法，耗因子的测试试验。将子系统依据尺寸、模态密度等因寸构件分别展开试验数据计算和分析。详细叙述了试验原，给出了深潜器典型构件的内损耗因子值。逡逑

模型图,双耦合,子系统,模型

利用ＳＥＡ能量平衡方程计算得到的双耦合能量元件的稳态响应和双耦合单自由度逡逑系统的精确解响应一致，这是ＴＳＥＡ方法的理论基础［２］。本文通过建立二子耦合系统，逡逑对瞬态统计能量分析原理展开详细的分析，其中双耦合子系统如图２．１所示：逡逑Ｐ：逦Ｐ，逡逑＼逡逑ｒｊｎ°ｊＥ２逡逑ｙ邋ｒｊｘｃｏＥｌ逦ｉ邋ｒｊ２0）Ｅ２逡逑图２．１双耦合子系统的ＳＥＡ模型逡逑如图中所示输入的能量Ｐｉ，Ｐ２和振子的能量Ｅｉ，邋Ｅ２是随时间变化的量，％，邋％是逡逑结构的内损耗因子，％２、Ｕ２１是耦合子系统间的耦合损耗因子，Ｗ是激励带宽内的中心逡逑频率。可以得到二子系统的瞬时能量平衡方程如下所示：逡逑ｃｌＥ逡逑Ｐ＇邋＝邋—Ｌ邋＋邋ｒｊ＇ｃｏＥ＇邋＋邋ｔｊ＇２ｃｏＥ「ｒ／，＇ｃｏＥ２逦（２－１）逡逑ｄｔ逦＇逡逑Ｂ，邋＝邋—＾－邋＋邋ｒ／２ｃｏＥ１邋＋ｒｊ２ｌ0）Ｅ１邋－ｒ］ｖａ）Ｅｘ逦（２－２）逡逑￣邋ｄｔ逡逑对于系统的脉冲激励，初始能量ＥＫＯ＾Ｅｏ应用到式（２－１）和（２－２）中，并且令Ｅ２（０）逡逑为零，能量输入Ｐｉ，Ｐ２均设为零。再引入微分?

精确解,包络线,衰减比,瞬态

利用瞬态统计能量分析法建立二子系统模型的方法是合理的。与精确解相比，瞬态统计逡逑能量分析法具有快速得到初相应的优点，且达到最大值后，以相同的衰减速率进行衰减，逡逑如图２．２所示。对于强耦合结构而言，其衰减比率受结构间耦合损耗因子的影响，对于逡逑弱耦合结构而言，其衰减比率主要受结构内损耗因子的影响，其达到峰值的上升时间也逡逑具有同样的规律［２３］。逡逑９逡逑

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