厚圆柱壳的振动分析及阻尼减振效果的研究与应用

发布时间：2017-09-09 22:12

  本文关键词：厚圆柱壳的振动分析及阻尼减振效果的研究与应用

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【摘要】：潜艇是海军的重要组成部分，但潜艇噪声过大会增大被发现的几率，从而使自身的生存受到威胁。研究表明辐射噪声很大部分来自机械噪声，这类噪声来源于传动装置工作时产生的振动，并通过艇体向水流场中辐射噪声，因此抑制艇体的振动对降低潜艇噪声具有很大作用。目前，对机械噪声控制主要是采用隔振方法，艇体近似成圆柱壳后的振动分析也大都采用薄壳力学模型，鉴于厚圆柱壳分析与薄壳的明显不同，本文主要研究了厚壳体振动模型以及阻尼对抑制厚圆柱壳振动和减弱圆柱壳辐射声场的作用。 分析柱坐标系下任一厚圆柱壳体单元的三向应力状态，考虑薄壳中忽略的沿厚度方向，即R方向变化的正应力和剪切应变，推导厚壳体中任一单元点运动方程和振动状态方程；根据边界条件求解壳体的模态参数，并利用实验验证该理论的有效性，为厚壳体的振动预报提供理论依据。 基于模态应变能法求得敷设自由阻尼的单层圆柱壳体和拥有约束阻尼层的“三明治”圆柱壳体的前十阶模态阻尼比，分别考察了两种阻尼形式下阻尼材料的损耗因子和相对刚度以及阻尼层的厚度比和铺层角对整体结构模态阻尼比的影响，得出圆柱壳体结构中阻尼层各因素对整体结构振动性能的影响规律。 通过比较常用减振效果衡量指标，确定了振级落差目标函数，以影响阻尼减振效果的各因素为设计变量，，对含有约束阻尼层的无限长圆柱壳体进行了阻尼减振效果的优化，确定了“三明治”结构无限长圆柱壳体在振级落差取最小值时的阻尼层参数取值；对于有限长实心轴或壳体的轴向振动，采用改变截面半径并敷设自由阻尼的方式来抑制轴向振动，考察了这种结构在不同的小端半径和轴向高度下阻尼材料对轴向振动的抑制效果。 建立了实际潜艇的模型，分析了潜艇的模态；以加速度振源模拟潜艇传动装置对艇体的激励，考察了在加速度振源下潜艇的辐射声场；分析了潜艇各板块对流场中某点声压的板块贡献量；对构成艇体的板块赋予“三明治”结构属性，求得在同样的振源下潜艇的辐射声场，对比同一响应点在单层壳和复合壳两种属性下的响应声压，得出阻尼材料在降低潜艇辐射声场中的作用。通过对比分析，可以看出用阻尼的方式抑制厚圆柱壳的振动进而降低潜艇辐射声场是非常有效的。
【关键词】：厚圆柱壳体 阻尼减振 优化设计 变截面 辐射声场
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.44;U674.76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 圆柱壳体振动分析研究概况10-12
• 1.2.2 阻尼材料在抑制壳体振动中的应用研究概况12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 厚圆柱壳振动模型及模态分析与测试15-35
• 2.1 引言15
• 2.2 厚圆柱壳单元运动方程15-17
• 2.3 单层厚圆柱壳振动模型17-19
• 2.4 多层厚圆柱壳振动模型19-21
• 2.5 实际圆柱壳模态参数计算21-22
• 2.6 实际圆柱壳的模态分析22-25
• 2.6.1 模态分析理论基础22-23
• 2.6.2 模态分析结果23-25
• 2.7 实际圆柱壳的模态测试25-30
• 2.7.1 模态测试理论依据26
• 2.7.2 支承方式的选择26-27
• 2.7.3 外加激励的选择27
• 2.7.4 测试系统的组成27-28
• 2.7.5 圆柱壳实验模态测试28-30
• 2.8 圆柱壳计算结果与测试结果对比分析30-34
• 2.8.1 无阻尼时计算结果与测试结果对比分析30-32
• 2.8.2 敷设阻尼后计算结果与测试结果对比分析32-34
• 2.9 本章小结34-35
• 第3章 阻尼层各因素对圆柱壳减振效果的影响及分析35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 阻尼材料耗能机理和特性指标35-37
• 3.2.1 粘弹性材料的耗能机理35-36
• 3.2.2 粘弹性材料损耗因子36
• 3.2.3 结构模态阻尼比36-37
• 3.3 约束阻尼层参数对模态阻尼比的影响37-41
• 3.3.1 阻尼材料损耗系数的影响38-39
• 3.3.2 阻尼材料刚度的影响39-40
• 3.3.3 阻尼层厚度的影响40-41
• 3.4 自由阻尼层参数对模态阻尼比的影响41-44
• 3.4.1 阻尼材料损耗系数的影响41-42
• 3.4.2 阻尼材料刚度的影响42-43
• 3.4.3 阻尼层厚度的影响43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 圆柱壳体阻尼层减振效果的优化设计46-61
• 4.1 引言46
• 4.2 圆柱壳约束阻尼层减振效果优化设计模型46-48
• 4.2.1 设计变量47
• 4.2.2 约束条件47
• 4.2.3 目标函数47-48
• 4.3 约束阻尼层径向减振效果优的优化设计48-52
• 4.3.1 优化设计过程49
• 4.3.2 优化设计结果49-52
• 4.4 自由阻尼层轴向减振效果的设计52-59
• 4.4.1 有限长实心轴减振效果分析52-56
• 4.4.2 有限长圆柱壳减振效果分析56-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第5章 约束阻尼层在实际潜艇中的应用61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 约束阻尼层在艇体减振方面的应用61-64
• 5.2.1 潜艇模型的建立61
• 5.2.2 约束阻尼层抑制艇体振动效果分析61-64
• 5.3 约束阻尼层在降低潜艇辐射声场方面的应用64-70
• 5.3.1 声场计算基本理论64-65
• 5.3.2 潜艇辐射声场分析65-66
• 5.3.3 潜艇辐射声场板块贡献量分析66-68
• 5.3.4 约束阻尼层在潜艇辐射声场中的作用68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：823043