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充液功能梯度压电圆柱壳动力学特性研究
| 论文题名： | 充液功能梯度压电圆柱壳动力学特性研究 |
| 关键词： | 圆柱壳;动力学特性;Rayleigh-Ritz法;舰船隐蔽性 |
| 摘要： | 充液管道系统广泛应用于舰船当中，其在工作时通常会产生破坏系统稳定性的振动及有害的声辐射，极大地影响了舰船的隐蔽性。实现对充液管道系统振动噪声的主动控制，不管在工程应用还是军事方面都具有重要意义。压电智能材料作为控制系统中作动器的基础单元，将功能梯度材料的优势融入其中从而形成功能梯度压电材料，可以有效地克服单相压电材料容易产生的应力集中等问题，极大地提高其可靠性。对充液功能梯度压电圆柱壳动力学特性的研究可为充液管系结构振动噪声的主动控制提供理论基础。本文针对充液功能梯度压电圆柱壳耦合系统的动力学特性进行了如下研究: 基于一阶剪切变形理论，同时考虑正、逆压电效应，建立了一般边界条件下任意厚度的功能梯度压电圆柱壳结构的动力学理论模型。采用修正后傅里叶级数的形式将FGPM圆柱壳的位移及电势函数进行展开，引入五组边界弹簧刚度系数k来模拟其任意边界条件并将其以附加势能的形式融入到拉格朗日能量泛函当中，利用Rayleigh-Ritz法，推导得到了功能梯度压电圆柱壳的动力学方程。 对模拟边界条件的五组弹簧刚度系数k及傅里叶展开式的截断常数M进行了收敛性验证，确定了不同边界条件下五组弹簧刚度的合理取值范围;通过与已有文献数据的对比，分别验证了考虑和不考虑压电效应在计算圆柱壳固有频率上的可靠性，并详细地分析了尺寸结构、边界条件及梯度幂指数p等的变化对FGPM圆柱壳振动特性的影响。 考虑内部流体的影响，将流体的动能计入进格朗日能量泛函之中，利用Rayleigh-Ritz法推导得到了充液FGPM圆柱壳的振动特征方程。分别验证了流体静止以及流体流动情况下本文所算结果的准确性后，对充液FGPM圆柱壳的振动特性及内部流场脉动压力的分布规律进行了详细的参数化分析。 对充液FGPM圆柱壳施加外部控制电场，将其内外壁面产生的电势差转化成附加势能的形式融入进拉格朗日能量泛函中，利用Rayleigh-Ritz法推导得到了充液FGPM圆柱壳耦合系统的强迫响应控制方程。在此基础上，通过数值计算分析，研究了充液FGPM圆柱壳在电压激励下的动力学特性。重点分析了在外加电载荷激励下内部流场脉动压力的分布情况，讨论不同控制电场、结构尺寸及梯度参数等的变化对其动力学特性的影响。 |
| 作者： | 黄金 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 靳国永 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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