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湍流边界层作用下复合材料板振动预报及相似性研究
| 论文题名： | 湍流边界层作用下复合材料板振动预报及相似性研究 |
| 关键词： | 潜艇;复合材料结构;水下流激振动;湍流边界层;相似换算 |
| 摘要： | 湍流边界层激励下结构振动声辐射是潜艇水动力噪声的重要组成部分，复合板结构由于比强度高、比刚度大、可设计性强等优点，越来越广泛地应用在潜艇结构中。本文研究了两类复合材料板的水下流激振动问题：复合材料层合板、复合材料夹芯板。对流激结构振动声辐射问题，在研究设计阶段常常需要依靠模型试验的结果，因此，研究出一套湍流边界层激励下复合矩形板振动响应预报与相似换算方法，具有较大的工程意义与应用价值。 首先，建立了空气中均质单层平板流激振动响应相似换算方法。基于方程分析法研究了空气中平板模型与原型相似所必须满足的三个条件。并给出了模型试验结果推算到原型的相似换算方法。对流体负载的平板，在空气中相似条件的基础上增加两个相似条件，建立了不同流体介质中平板流激振动响应相似换算方法。换算结果表明，该方法可以实现同种介质湍流边界层激励下不同尺寸、不同材料平板响应之间的换算。对不同外流场介质的平板流激响应，用该方法可实现理论上的换算。 其次，研究复合材料层合板流激振动计算与相似换算方法。引入简化三阶剪切变形理论描述其位移场。应用变分原理得到复合层合板控制方程，结合声波方程与连续性条件推导出外流场负载作用时复合层合板的单频响应函数，结合壁面压力互谱模型，建立了层合板流激振动自功率谱计算公式。验证了本文相似换算方法在材料相同、几何全相似的复合层合板上的适用性。研究表明：合适的铺层角度可以降低流激振动响应；采用细长的板格有利于降低流激振动响应量级。 最后，研究了软夹芯板流激振动计算与相似换算方法。引入一阶剪切变形理论，结合层间位移连续条件构造Layerwise模型来描述其位移场。推导夹芯板的单频响应函数，结合湍流壁面脉动压力互功率谱模型，建立了夹芯板流激振动自功率谱计算公式。在远场流速自行给定的情况下，验证了本文相似换算方法在材料相同、几何全相似的夹芯板上的适用性。研究表明：面板刚度和软芯层损耗因子分别是影响夹芯板低频和中高频流激振动量级的重要参数，阻尼层敷设位置和厚度改变对流激响应影响较小。 |
| 作者： | 赵国亮 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 陈美霞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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