轴向运动圆柱壳体动力学研究

发布时间：2020-11-02 05:52

　　 潜射导弹是否能发射成功受很多因素的影响,结构振动是其中一方面,还有导弹在出水过程中受到的冲击力对结构的稳定性也有很大的威胁。因此,研究潜射导弹结构的出水动力学问题对于潜射导弹发射研究具有重要的应用参考价值。本文将潜射导弹结构的力学模型简化为轴向运动圆柱薄壳模型,建立其振动微分方程,采用伽辽金法将振动微分方程进行离散处理,并结合Matlab进行数值仿真,分析了壳体结构在匀速水平飞行过程中不同长度、不同飞行速度对结构自由振动特性的影响。分析了海浪激励下壳体结构的响应情况,得出不同出水状态下壳体的应变、应力变化情况。本文结合流固耦合动力学理论,应用Ansys软件对水下结构模态进行分析。结果表明,导弹结构在水中的固有频率比在真空中的小。运用Fluent和Transient对导弹出水过程进行了仿真分析,得到潜射导弹流场的相云图以及速度云图,并分析导弹结构表面的压力变化情况。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ762.4
【部分图文】：

、壳体材料泊松比，K 为薄膜刚度，D 为弯曲刚度，其表达式为32 2,1 12(1 )Eh EhK Dμ μ= = （运动圆柱薄壳振动方程.1 所示是轴向运动圆柱薄壳力学模型图，坐标系O XYZ、' ' ' O X Y 标系、壳体坐标系，'X X轴为中心轴，针对圆柱壳上中面某一点 采用柱坐标系O xθ z，A点变形前在惯性坐标系中沿中心轴的分量A 点在轴向（x 方向）、周向（ 方向）、径向（z 方向）的振动位移。柱壳的长度、中面半径以及厚度， 为壳体的运动速度，P 为壳体力，且壳体端面均匀受力。壳体中具有三个加强框，其中加强框的度为 h1，第 1 个加强框的中心与壳体受力面的距离为 L1，第 1 个与第 2 个加强框的中心的距离为 L2，第 2 个加强框的中心与第 心的距离为 L3。下面将基于该模型分别得出轴向运动圆柱壳体的载荷虚功，并利用Hamilton能量原理建立轴向运动壳体的动力学

（a）特征值实部变化图 （b）特征值虚部变化图图 2.2 前两阶特征值随运动速度的变化图图2.2是轴向运动壳体的前两阶特征值的实部和虚部随运动速度变化的曲线图，其中特征值的虚部的模代表的是壳体振动的固有频率,单位为rad/s。从图 2.2可以看出，壳体振动的固有频率随着运动速度的增大逐渐减小,而且减小的幅度越来越大，最终变为零；前两阶特征值的实部一开始是相等的且小于零，但当运动速度越来越大，前两阶实部出现不相等的现象，并且运动速度达到某一速度值后第一阶特征值的实部大于零、虚部等于零，即某一特征值为纯实数且大于零。根据稳定性判定条件，壳体的自由振动处于发散不稳定的状态，此时壳体结构的运动速度可称为临界速度。从这里可以看得出来，在运动速度比临界速度大的情况下

（c）厚度为 6mm，特征值实部变化图 （d）厚度为 6mm，特征值虚部变化图图 2.3 不同厚度的前两阶特征值随运动速度的变化图由图2.2可知，对于不同厚度的壳体，其临界运动速度和固有频率各有不同，其数值变化情况如表 2.2、2.3 所示：表 2.2 不同厚度的壳体的临界运动速度厚度 5mm 6mm 7mm临界速度 359m/s 409m/s 453m/s表 2.3 不同厚度的壳体在不同运动速度下的固有频率厚度/m 飞行速度/m/s 0 80 160 240 3207固有频率/rad/s376 371.1 356.2 314.5 238.66 193.6 188.8 174.1 148.3 1085 149.5 144.8 130.1 103.9 58.9由上表可知，对于不同厚度的轴向运动圆柱壳体，其临界飞行速度与固有振动频率均随着厚度的增大而增大。
【参考文献】

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本文编号：2866656