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基于缩聚传递函数法的船舶典型耦合结构振动特性分析
| 论文题名： | 基于缩聚传递函数法的船舶典型耦合结构振动特性分析 |
| 关键词： | 船舶耦合结构;振动特性;缩聚传递函数;直接刚度法 |
| 摘要： | 船体结构和船上的设备构成一个复杂的耦合系统，设备运转产生的振动会以波的形式传递到船底板或舱壁等结构，振动波会在结构突变处发生波形变换，因此需要开展振动波在耦合结构中传播规律的研究。圆柱壳作为水下航行器的典型组成部分，计算分析其振动特性是研究其声学特性的基础。实际水下航行器内部会设置环肋、舱壁、基座、推进轴系和浮筏等结构，若忽略内部结构，仅以圆柱壳为对象评估其振动特性，难免会与真实情况产生偏差。本文以船用连接板、含内部子结构圆柱壳为研究对象，基于缩聚传递函数(CTF,Condensed Transfer Functions)提出一种耦合结构振动特性分析的数值混合方法，该方法可以拓展应用于任意耦合结构，以便为各种连接形式结构的减振降噪设计提供指导。 本文首先介绍缩聚传递函数法，定义了结构线连接的缩聚传递函数，选择门函数和指数函数集两种正交函数集作为缩聚函数来描述线连接结构的耦合力及位移，然后根据子结构间的位移连续性和力平衡条件，利用外力作用下的位移和缩聚传递函数反推结构间的耦合力，进而得到耦合力与外力作用下的子结构真实响应。由于直接刚度法(DSM,Direct Stiffness Method)可以真实反映各子结构的所有信息，获得各部分更准确的振动结果。将缩聚传递函数法与直接刚度法混合求解平板结构振动响应，确定两种函数集的收敛准则。 其次，基于缩聚传递函数法研究任意连接形式耦合板结构的振动特性。考虑到连接板结构可能存在不同耦合形式，通过角度转换矩阵引入耦合角度；将缩聚传递函数法与直接刚度法结合计算解耦后各板的振动响应，保证板结构在不同耦合形式下的振动结果的准确性。在验证该混合方法适用于耦合板的基础上，讨论了厚度、结构损耗因子、耦合角度和边界条件等因素对耦合板振动特性的影响。 再次，利用混合算法分析含内部子结构的圆柱壳振动特性。先将缩聚传递函数法应用于圆柱壳，验证了方法适用于曲线连接的结构。之后引入坐标系转换矩阵，将内部结构与圆柱壳解耦，考虑六个方向的耦合，具有更高的精度，利用数值混合算法分别求解圆柱壳和内部结构的振动响应，从而获得整个结构的振动特性。通过与有限元软件计算结果进行对比，验证方法的准确性，并讨论了厚度、壳体长度、结构损耗因子、边界条件、激励力方向等因素对含内部子结构的圆柱壳振动特性的影响。 最后，开展环肋圆柱壳的振动试验研究。将环肋圆柱壳的内部环肋与圆柱壳解耦，利用混合算法求解环肋圆柱壳的振动响应，通过与试验结果进行对比，进一步验证了本文提出的数值混合方法的可靠性。 |
| 作者： | 徐恩慧 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王献忠;吴卫国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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