航空薄壁柱壳结构在噪声激励下振动响应的研究

摘要

薄壁结构在随机声载荷作用下的振动响应，特别是应力响应研究是估算结构声疲劳的基础和关键。针对声疲劳问题，本文主要研究了薄壁结构在随机声载荷激励下振动响应的计算方法。应用所研究的数值方法完成了薄壁柱壳在随机声载荷作用下振动响应的计算和分析，在此基础上，还完成了某型航空发动机燃烧室火焰筒薄壁结构在燃烧室内部噪声载荷作用下的振动应力响应计算，分析了该结构的应力响应特征。 1．论述了薄壁柱壳结构振动的有关理论及其声载荷描述方法。从薄壳结构的振动理论出发，给出了薄壳结构的自由振动方程及受迫振动方程，还给出了应力计算公式。 2．研究了一种基于耦合的有限元+边界元分析薄壁柱壳结构在声激励下振动响应的计算方法。详细论述有限元法和边界元法的基本理论和相关表达式，以及二者的耦合关系式；采用有限元法来分析结构的动力学特性，采用边界元法处理作用到结构上的载荷声场，并通过接触面的边界条件把结构振动方程与声激励方程联立求解，获得了薄壁柱壳结构在声激励下的振动响应。 3．完成了薄壁柱壳结构在随机声载荷作用下振动响应的计算和分析。利用所研究的耦合的有限元+边界元方法，计算了薄壁圆柱壳和两种不同开孔方式的圆柱壳结构在不同声压级有限频率带宽声载荷作用下的位移和应力响应，通过对计算结果的分析比较，得到了该柱壳结构在随机声载荷作用下的响应特征。 4．完成了某型航空发动机燃烧室火焰筒薄壁结构在燃烧室内部噪声载荷作用下振动应力响应的计算，并分析了该结构的应力响应特征。在火焰筒薄壁结构有限元建模和模态分析基础上，利用耦合的有限元+边界元法，并根据弹性力学理论，综合计算出火焰筒内壁和外壁薄壳结构的振动应力响应，并分析了该薄壁结构在高能级宽频带噪声载荷作用下的应力响应特征。 本文研究的航空薄壁柱壳结构在随机声载荷作用下响应的计算方法和获得的计算结果，对分析和解决航空薄壁柱壳结构的声疲劳问题及提高结构的动强度具有重要的工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明

第1章绪论

1.1课题研究背景及研究目的

1.2国内外有关结构声疲劳的研究现状

1.3研究结构动态响应及声疲劳的主要方法

1.3.1确定噪声载荷的方法

1.3.2薄壁结构在噪声激励下动态响应的研究方法

1.3.3估算结构声疲劳的主要研究方法

1.4本文所完成的主要工作

第2章薄壁柱壳结构振动基本理论及其声载荷描述

2.1弹性薄壳的受迫振动理论

2.1.1薄壳结构的自由振动

2.1.2薄壳结构的受迫振动

2.2薄壳结构的应力计算

2.3声载荷的描述

2.3.1声学波动方程

2.3.2扩散声场的描述方法

第3章结构有限元理论及声学边界元理论

3.1有限元(FEM)基本理论

3.2声学边界元(BEM)基本理论

3.2.1声-振问题的声学基础

3.2.2声学边界元的基本表达式

3.2.3边界积分方程的离散形式-边界元方法

3.3结构有限元与声学边界元的耦合

3.4本章小结

第4章薄壁柱壳在随机声载荷作用下的振动响应计算

4.1薄壁结构声激励下振动响应的计算理论基础

4.2薄壁结构在随机声载荷作用下振动应力响应的估算方法

4.3薄壁柱壳结构在随机声载荷作用下振动响应的计算和分析

4.3.1计算模型

4.3.2薄壁柱壳有限元模型及模态计算

4.3.3圆柱壳结构在随机声激励下振动响应的计算与分析

4.3.4开孔圆柱壳结构在随机声激励下振动响应的计算与分析

4.4本章小结

第5章燃烧室火焰筒薄壁结构在噪声激励下的振动响应

5.1燃烧室火焰筒结构的声疲劳问题

5.2燃烧室火焰筒计算模型及模态计算

5.2.1计算模型

5.2.2有限元建模及模态计算

5.3燃烧室火焰筒内外壁在噪声载荷作用下振动应力响应的计算与分析

5.3.1燃烧室内部噪声载荷

5.3.2火焰筒内壁在噪声载荷下振动应力响应的计算与分析

5.3.3火焰筒外壁在噪声载荷下振动应力响应的计算与分析

5.4本章小结

结 论

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文