论文部分内容阅读
本文围绕静压条件下的无限长圆柱壳—流场耦合系统的振动噪声特性展开研究。基于Fl(u|¨)gge壳体理论,采用波传播方法研究了静压力下充液圆柱壳和浸没在流场中的圆柱壳两种固液耦合系统的振动输入功率流以及声辐射特性,着重探讨了静水压力对圆柱壳和流场、周期加环肋圆柱壳和流场、自由阻尼壳和流场以及自由阻尼加环肋壳和流场等四种耦合系统的输入功率流和声辐射特性的影响。文中首先以一无限长圆柱壳与流场的耦合系统的自由振动为研究对象。计及静水压力的影响,将静水压力对壳体产生的应力以预应力的方式计入到壳体振动方程当中,运用Fl(u|¨)gge壳体理论推导出考虑静水压力的壳体振动方程,以Helmholtz方程描述声场的波运动。利用圆柱壳—流场的耦合条件,采用波传播方法得到系统的特征方程,研究了静水压力对系统的固有振动频率以及频散特性(包括复数波)的影响。在数值计算中采用、Winding-number围线积分方法求取特征方程的复根,并同有限元计算的固有频率做了比较。然后便研究耦合系统在周向余弦线分布载荷激励下的强迫振动,分析了静水压力对充液圆柱壳和浸没在流场中的圆柱壳的输入功率流以及辐射线功率和声功率的影响。分析中,运用空间域和波数域中的傅里叶变换和反变换得到系统的动响应,进而求得系统的输入功率流和声辐射。由于前文求取了频散方程,这里运用留数定理便可快捷地计算出输入到系统中的功率流,而辐射声功率则采用加阻尼数值积分方法计算得到。实际工程应用中,为满足强度和稳定性要求,一般采用环向加肋圆柱壳。对于肋骨的处理,采用离散模型,将肋骨对圆柱壳体振动的影响用肋骨对壳体的作用力和力矩代替。利用周期理论和空间简谐分析方法得到这种加肋圆柱壳与流场的周期耦合系统在外载荷作用下的动响应,同样采用加阻尼数值积分方法分别计算了充液加肋壳和浸没在流场中的加肋壳这两种模型在不同周向波数下的输入功率流及声辐射,探讨了静水压力的影响。结构表面敷设粘弹性阻尼材料在结构的减振降噪中有广泛的应用,采用自由阻尼层模型,利用Fl(u|¨)gge壳体理论并计及静水压力的影响推导出自由阻尼复合圆柱壳的振动方程,用复模量形式计及基壳和自由阻尼材料的损耗因子,考虑流固耦合作用,使用波传播方法研究了充液自由阻尼壳和浸没在流场中自由阻尼壳中的输入功率流及声辐射特性,着重探讨了静水压力的影响。最后,结合前面对于环肋和自由阻尼复合壳的处理方法,考虑静水压力的影响以及流固耦合作用,分析了充液自由阻尼加肋壳和浸没在流场中的自由阻尼加肋壳两种模型的输入功率流和声辐射特性,得出了一些有意义的结论,并探讨了不同周向波数下静水压力对输入功率流以及辐射线功率和声功率的影响。结构中的振动及噪声,以波的形式向远处传播,其本质是能量的传播,而辐射声功率等于结构输入的能量流扣除在传播过程中阻尼损耗能量的剩余部分;另外,低频时无限结构的响应近似地是相应有限结构响应的平均值,随着频率增高,有限结构与相应无限结构的响应趋于一致。深潜器以及一些高压输液管道本身受到流体静压力的作用,在振动时静压力会对其振动性能产生一定的影响。因而,本文的研究工作对指导这类结构的减振降噪具有较大意义。