基于Hybrid Fe-SEA结构中频声振疲劳分析方法研究

摘要

飞行器、舰船和汽车常处于宽频噪声环境之中，若处理不当，这种环境引起的振动易导致金属蒙皮、舰艇外壳和白车身等板类结构产生疲劳破坏。宽频声振耦合问题一般分为低、中、高三个频段分别进行求解。对于其中的中频声振耦合问题，组合结构动态特性差异比较大，单独使用低频确定性方法或高频统计能量方法均不能有效地进行声振响应预示。针对此频段特征，近年来提出了HybridFE-SEA方法。该方法自提出至今已成功解决了很多工程问题。但是，对于HybridFE-SEA方法中重要参数，如有效耦合损耗因子等，目前还缺乏深入研究。而现今结构的声振疲劳分析也主要集中于低频段，在Hybrid FE-SEA分析的基础上进行结构较高频段激励下的疲劳分析还未有人涉足。
　　本文，以典型板类结构为分析对象，对Hybrid FE-SEA方法中有效耦合损耗因子作深入研究，并探究基于Hybrid FE-SEA的结构中频声振疲劳分析方法。论文具体工作如下:
　　1.Hybrid FE-SEA方法的验证及应用
　　系统总结了基于波动耦合的Hybrid FE-SEA方法基本理论，根据HybridFE-SEA方法群体平均的思想，采用蒙特卡洛方法验证了Hybrid FE-SEA分析中频声振耦合问题的有效性，最后以梁板组合结构为算例，进行了此结构中频声振特性分析。
　　2.有效耦合损耗因子的结构参数敏感度研究
　　有效耦合损耗因子是Hybrid FE-SEA方法中的重要参数之一，它反映了子系统间功率流的传递。本文介绍了有效耦合损耗因子的基本理论，并分析了线连接情况下各子系统间有效耦合损耗因子大小。最后考察了板和梁结构参数变化对有效耦合损耗因子的影响，得到的规律对优化子系统间能量传递具有指导意义。
　　3.基于Hybrid FE-SEA的结构中频声振疲劳分析方法研究
　　板类结构是飞行器、舰船、汽车等的典型构件，常处于宽频噪声环境中，其中频段激励成份常较丰富，由此引起的中频声振疲劳问题不能忽略。采用频域法进行声振疲劳分析需要结构危险点应力功率谱密度。由于Hybrid FE-SEA分析得到的是位移、速度、能量等响应，因而不能直接用于结构的中频疲劳分析。本文根据Hybrid FE-SEA方法获得的位移和能量响应推导各子系统应力响应，结合Dirlik零阶矩应力谱法，形成了结构中频激励下声振疲劳分析方法，并采用FEM分析验证了此方法的正确性。最后，给出了加筋板在宽频激励下的声振疲劳分析，结果显示，中频激励下的响应结果对宽频段疲劳损伤量的贡献不能忽略。

目录

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摘要

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第1章 绪论

1．1 本文的研究背景和意义

1．2 中高频声振耦合分析方法

1．2．1 高频统计能量分析(SEA)

1．2．2 中频Hybrid FE-SEA方法分析

1．3 随机激励下结构疲劳特性分析

1．4 本文主要工作

第2章 基于Hybrid FE-SEA方法中频声振耦合分析

2．1 引言

2．2 Hybrid FE-SEA理论推导

2．3 基于蒙特卡洛法Hybrid FE-SEA方法验证

2．4 Hybrid FE-SEA方法算例：复杂梁板结构的中频声振特性分析

2．5 本章小结

第3章 结构参数对混合法中有效耦合损耗因子影响研究

3．1 引言

3．2 Hybrid FE-SEA方法中有效耦合损耗因子

3．2．1 板结构点连接直接场动刚度矩阵

3．2．2 板结构线连接直接场动刚度矩阵

3．2．3 点连接和线连接情况下有效耦合损耗因子

3．2．4 有效耦合损耗因子与功率流关系

3．3 结构参数改变对混合法中有效耦合损耗因子影响

3．3．1 板结构参数改变对有效耦合损耗因子影响

3．3．2 梁结构参数改变对有效耦合损耗因子影响

3．4 本章小结

第4章 基于Hybrid FE-SEA的结构中频声振疲劳分析方法

4．1 引言

4．2 基于Hybrid FE-SEA方法各子系统应力响应推导

4．2．1 FE子系统应力响应推导

4．2．2 SEA子系统应力响应推导

4．2．3 疲劳分析-Dirlik零阶矩应力谱法和频带法

4．3 加筋板中频声振疲劳特性分析

4．3．1 加筋板模型建立

4．3．2 加筋板模态分析

4．3．3 加筋板中频声振响应分析

4．3．4 基于Hybrid FE-SEA方法加筋板中频应力响应及疲劳分析

4．3．5 加筋板中频疲劳分析结果验证

4．3．6 加筋板宽频激励下疲劳特性分析

4．4 组合板结构中高频声振疲劳分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结及创新点

5．2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表学术论文与取得的研究成果