板-壳-肋耦合结构振动特性分析

摘要

壳体耦合结构是航空和水下航行器的主要结构形式，因此研究这类结构的振动特性及其参数影响规律在理论和实践上均具有重要的指导意义。目前针对弹性薄板和薄壁壳体的振动特性研究已分别获得了极大的关注，然而对于圆板与壳体耦合结构的振动特性研究较少。对该类问题的分析可借助有限元等数值方法和解析方法对其进行计算分析。然而有限元方法在分析规律性问题时缺乏灵活性，且不容易理解结构力及振动能量在结构中的传递本质。本文建立圆板、圆环、壳体及其耦合结构分析模型，并对其振动特性问题展开研究，具体研究内容简述如下：
　　本文采用了改进的傅里叶级数法建立任意边界条件的圆板模型，借用瑞利-里兹法对结构振动问题进行理论推导。将位移函数写成正向位移和反对称位移加和的形式，在推导过程中，对于任意的边界条件只需要改变边界弹簧的刚度值即可，而不需要新的求解过程。基于圆板的能量方程改变积分区域，计算圆环结构的振动特性，与有限元结果进行对比验证改进的傅里叶级数法应用的正确性。
　　基于上述圆板模型，建立板-壳耦合结构分析模型，采用改进的傅里叶级数法描述圆柱壳的位移函数，同理位移函数写成正向位移和反对称位移加和的形式，从能量角度推导特征方程。比较并分析圆板耦合在圆柱壳不同位置的固有振动特性。并将外界激励作用于耦合位置，分析了板壳耦合结构的振动响应特性。
　　建立任意边界条件的板壳肋耦合模型，在圆柱壳与圆板耦合振动分析模型基础上，通过耦合弹簧组建立板-壳-肋耦合结构模型，在自由边界条件下，对整体耦合结构振动特性进行分析。通过与有限元仿真结果进行对比，验证本文方法的正确性。
　　最后，搭建推进板-壳耦合结构试验台架，对试验台架进行模态测试，通过测量结果与本文结果对比，进一步检验本文计算方法的正确性。

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第1章 绪论

1.1 本文研究的背景和意义

1.2壳体耦合结构振动的研究现状

1.3 本文的主要工作内容

第2章 圆板与圆环结构振动特性分析

2.1 理论推导

2.2圆板与圆环结构振动特性分析

2.3 本章小结

第3章 圆柱壳与圆板耦合振动特性分析

3.1板壳耦合结构动力学模型的建立

3.2耦合模型振动特性分析

3.3 耦合模型结构振动响应特性分析

3.4 本章小结

第4章 板壳肋耦合结构振动特性分析

4.1.板壳肋结构理论推导

4.2 数值仿真计算与结果分析

4.3 本章小结

第5章 板-壳耦合结构实验研究

5.1 试验模型的设计

5.2 试验系统与方法

5.3 试验结果分析

5.4 本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢