环肋旋转壳声振特性分析半数值方法,本文关于肋论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
肋论文参考文献：
摘 要： 采用精细传递矩阵法结合改进波叠加法建立了加筋旋转壳水下声辐射的数学模型,推导了旋转壳的场传递矩阵和环肋的点传递矩阵,运用精细算法克服了传统传递矩阵法的数值不稳定问题,利用改进波叠加法考虑了旋转壳上声压激励的作用,考虑流固耦合边界处的连续条件,求解了加筋旋转壳的水下辐射声.分别以摆动球、脉动球、加筋圆柱壳和球壳为例,将计算的脉动球和摆动球表面声压值和相应解析解对比；还将加肋圆柱壳的水下辐射声压周向分布和文献值及实验结果进行对比；最后将球壳的振动和水下声辐射和文献值对比,验证此方法的有效性.
关键词： 声辐射； 旋转壳； 精细传递矩阵法； 波叠加法
中图分类号： O422.6； TB53 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2015）05-0793-07
引 言
开展潜艇和鱼雷等水下航行器的振动和声辐射研究时,往往将其中部简化为圆柱壳模型,艉部结构简化为圆锥壳模型,首部结构简化为锥壳或球壳计算模型.无论圆柱壳、圆锥壳及球壳均满足旋转壳的轴对称结构特征.在保证总重量不变的情况下,通过加筋方式能够很好地增加旋转壳强度和稳定性.因此开展加肋旋转壳结构的振动和声辐射研究显得尤为重要.
关于圆柱壳的振动和声辐射特性计算方法已经进行了大量的研究.Stepanishen[1]研究了两端有无限长圆柱型刚性障板的有限长圆柱壳的声辐射计算模型,采用模态叠加法和Green函数得到耦合振动方程.Laulagnet[2]研究了采用能量法处理肋骨,并讨论了肋骨参数对其声辐射的影响.汤渭霖[3]通过将环肋以附加阻抗的形式进行考虑,推导出了水中有限长加筋圆柱壳的辐射声解析解,并对加筋对圆柱壳振动和声辐射的影响进行讨论分析.陈美霞[4]通过单、双层环肋圆柱壳模型试验,研究了不同性质激励下壳体振动和外场声辐射的关系.由于旋转壳的双曲率特性,动力学方程比圆柱壳更为复杂,使得解析方法在求解旋转壳仍然存在一定的困难.有限元和边界元[5]理论上能够处理任意复杂的结构,但其计算精度受限于计算频段.计算频率的增加会导致计算模型网格数的急剧增加,计算效率就面临很大挑战,考虑到离散方法还存在难以进行机理性分析的问题,这些问题均限制了有限元和边界元方法的发展.因此,半解析半数值法逐渐成为进行旋转壳力学性能分析的有效办法.H Tottenh和K Shimizu[6] 首次提出了一种针对圆柱壳自由振动问题的传递矩阵法.T Irie将传递矩阵法扩展应用到具有离散弹簧支承的圆柱壳[7]、变厚度锥壳[8]等各类结构在空气中的谐振问题.张敬东[9]采用弹性力学中传递矩阵方法和声学中边界元方法相结合的方式,给出水下任意形旋转薄壳振动和声辐射问题的数值预报方法,并进行了理论和实验验证.邹时智[10]导出了旋转薄壳状态向量的一阶常微分矩阵方程,实现了一种半解析半数值求解.瞿叶高[11]提出了一种区域分解法来分析任意边界条件的复合材料层合旋转壳自由振动.但是迄今尚未见到有关加筋旋转壳体结构振动和水下声辐射的半解析方法.
本文采用精细传递矩阵法和改进波叠加法相结合给出了一种分析加筋旋转壳等此类结构声振特性的半解析半数值方法.分别以脉动球、摆动球、圆柱壳及球壳等旋转壳结构形式为例,将计算结果分别和文献及实验结果进行对比,验证该方法在声振特性预报上的有效性.
从表2中数据可知：本文采用精细传递矩阵法结合改进波叠加法计算得到各周向角度的辐射声压和B Laulgnet[2]方法的计算结果基本吻合在一起.本文方法和实验测量值除了局部角度存在一定差异,但整体上基本吻合在一起.这说明本文方法在求解环肋柱壳时具有较好的精确度,并且能够应用于求解有限长加肋圆柱壳的水下声辐射预测.表1和表2中的数据表明,本文方法的CPU时间要小于有限元方法和B Laulgnet[2]方法,证明了本方法在求解壳体结构声振特性时具有较高的计算效率.
3.3 受均布载荷的球壳
本文球壳模型的半径R等于1 m,h等于0.03 m,力激励的分布角度α等于36°,流场中参考点的位置为r等于20 m,弹性模量E等于2×1011N/m2,泊松比v等于0.3,密度ρ等于7 668.71 kg/m3,水介质的参数为：密度ρ等于1 000 kg/m3,声速c等于1 500 m/s.由于球壳结构受到轴对称激励,故只有n等于0阶模态受到激发.计算时只需取n等于0, m等于10.图4给出了ka等于1和ka等于2时本文方法计算球壳表面法向位移和辐射声压和文献值的对比.可以发现,在不同的无量纲频率下的位移和辐射声压和文献值吻合良好,证明本文方法在计算旋转壳结构声振特性上的有效性和可行性.
4 结 论
本文给出了一种精细传递矩阵法结合改进波叠加方法用于求解计算旋转壳结构的声振特性.本文在求解旋转壳的动响应时,采用精细积分方法,克服了传统传递矩阵法的数值不稳定问题；求解旋转壳的水下声辐射时,采用改进波叠加法避免了数值计算的奇异性和特征频率处解的不唯一性问题.文中分别以摆动球、脉动球、加筋圆柱壳和球壳为例,对相应模型的振动和声辐射进行计算并和文献值和实验结果进行对比,验证本文方法的有效性.
参考文献：
[1] Stepanishen P R. Modal coupling in the vibration of fluidloaded cylindrical shells [J]. J. Acoust. Soc. Am., 1982, 71（4）：813—823.
[2] Laulagnet B, Guyader J. Sound radiation by finite cylindrical ring stiffened cylinder [J]. Journal of Sound and Vibration, 1990, 138（2）： 173—191.
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