基于波动法的船舶典型结构振动特性研究

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板、梁是船舶结构基本构件,研究结构中振动波的传递机理对船舶振动噪声控制具有重要的意义。目前波动法一般用于研究半无限尺寸板和梁的弹性波的传播,对于有边界的有限尺寸结构,随着结构的复杂化,平衡方程的数目以及离散板弹性波参量随之增加,波动法公式的推导更加复杂化,因此波动法有限尺寸研究对象一般为梁、平板、L型板等简单结构。  本文基于回传波射线矩阵法推导有限尺寸梁L型板的动力响应公式,根据回传波射线矩阵法引入局部对偶坐标的基本思路,对波动法力学模型建立局部对偶坐标系。离散船舶结构声学条件改变处的结构,建立每个离散板的局部对偶坐标系,离散每个离散板的弯曲波和面内波波幅系数,组装每个离散板的力和位移状态向量,提出了波动法一般表达式。将有限板的点激励力转化成线激励力,根据提出的波动法表达式推导了有限尺寸T型、十型等不同结构型式在点力下的稳态响应,采用MATLAB编程计算结构的振动功率流,通过有限元数值计算验证波动法的半解析解的收敛性、高效性及准确性。  根据板-加肋条的不同耦合连续性假设,建立板-欧拉梁、板-板-欧拉梁、板-附加质量体、板-离散质量四种耦合运动力学模型,采用波动法MATLAB编程,计算耦合有限板的振动功率流,探讨结构刚度和惯性矩对振动功率流传递的影响。板上布置多个离散质量点,将点质量通过级数展开转化成线质量,多个质量点综合作用可以看成多个线质量的线性叠加,线性叠加的有效性通过有限元法数值解得到验证。  采用波动法分别求解Poisson-Kirchhoff经典薄板和Mindlin中厚板的振动控制方程,振动功率流计算结果表明,在全频域范围内,面内剪切和转动惯量对结构功率流都有影响。损耗因子不存在时的功率流数量级较小,可以忽略。损耗因子存在时,除了峰值频率区域,主动功率流随着损耗因子的增大而增大。低频范围内,弯曲波功率流比面内波功率流数量级大,面内振动功率流可以忽略;在进行结构声学设计时,板连接角尽量处于90o-150o之间,此角度范围内,结构产生阻抗匹配,利于振动功率流的衰减。
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