水中ACLD圓柱殼諧耦振的高精度方法及其振動(dòng)特性.pdf_第1頁(yè)
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1、作為潛艇、魚(yú)雷或其它水下航行器普遍采用的一種主要承載構(gòu)件,水下圓柱殼的耦振和聲控研究具有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。同時(shí),為了提高這類(lèi)結(jié)構(gòu)的隱蔽性,需要采取一定的減振降噪措施,使得其滿足較低的輻射噪聲、散射噪聲和自噪聲水平。近年來(lái),被動(dòng)約束層阻尼(PCLD)和主動(dòng)約束層阻尼(ACLD)以其可靠顯著的減振降噪能力,在工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,進(jìn)一步將其運(yùn)用到水下結(jié)構(gòu)聲振特性分析方面的研究并不多見(jiàn)。究其主要原因是由于這類(lèi)問(wèn)題涉及圓柱殼、PC

2、LD/ACLD和外流場(chǎng)的力、電、流多場(chǎng)耦合問(wèn)題以及電壓反饋控制的復(fù)雜性等,采用已有的有限元法(FEM)、邊界元法(BEM)和FE/BE混合法進(jìn)行數(shù)值求解時(shí),在高頻段精度較低。因此,對(duì)水下PCLD/ACLD圓柱殼聲壓譜的解析解的探討,具有重大的研究意義。本文正是針對(duì)這一課題進(jìn)行展開(kāi)研究。
   首先,本文建立了一種全新的PCLD/ACLD圓柱殼模型。該模型從圓柱薄殼的基本方程出發(fā),通過(guò)考慮粘彈性層和基殼層、約束層之間的層間相互作用

3、力,以及ACLD圓柱殼中壓電層的本構(gòu)關(guān)系,將PCLD/ACLD圓柱殼的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題用一系列對(duì)應(yīng)于不同環(huán)向波數(shù)的控制方程進(jìn)行了描述。其中,對(duì)應(yīng)于兩種不同的電場(chǎng)假設(shè),本文建立了兩類(lèi)ACLD圓柱殼模型,即簡(jiǎn)單機(jī)電耦合模型和完全機(jī)電耦合模型,它們分別對(duì)應(yīng)于兩類(lèi)控制方程。這兩類(lèi)控制方程與PCLD圓柱殼的形式一樣,均為一階常微分矩陣方程,其狀態(tài)變量全部由具有實(shí)際物理意義的位移和內(nèi)力變量組成,可便于應(yīng)用給定端部處的各種位移和力學(xué)邊界條件。
  

4、 同時(shí),這些控制方程非常適合采用新型齊次擴(kuò)容精細(xì)積分法進(jìn)行高精度求解,甚至可以獲得計(jì)算機(jī)的滿精度解。因此,結(jié)合新型齊次擴(kuò)容精細(xì)積分法和疊加原理,文中對(duì)新模型提出的PCLD/ACLD圓柱殼耦合方程建立了一種基于傳遞矩陣法的高精度和高效率的半解析求解方法。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,這種半解析方法的計(jì)算精度和效率都較通用的有限元法高。
   通過(guò)將液動(dòng)壓力寫(xiě)成Bessel級(jí)數(shù)和的解析表達(dá)形式,本文還將這種方法進(jìn)一步擴(kuò)展到充液PCLD圓柱殼的動(dòng)

5、力學(xué)特性分析中,建立了一種求解貯液PCLD圓柱殼動(dòng)力學(xué)特性的傳遞矩陣法。借助于類(lèi)似的思路和做法,通過(guò)將聲壓寫(xiě)成球Hankel函數(shù)和連帶Legendre函數(shù)乘積的級(jí)數(shù)和的解析表達(dá)形式,針對(duì)水下PCLD/ACLD圓柱殼的聲振特性問(wèn)題,本文提出了一種波函數(shù)疊加譜方法。
   另外,為了彌補(bǔ)現(xiàn)有ACLD敷設(shè)方式在通用性和靈活性方面的不足,文中提出將ACLD圓柱殼中的壓電層之間用很薄的絕緣層隔離,形成大小相同的壓電塊,然后整體成環(huán)狀連續(xù)敷

6、設(shè)在粘彈性層上。并針對(duì)該敷設(shè)新模型,在各壓電塊上分別施加不同的電壓,產(chǎn)生合適的驅(qū)動(dòng)電壓非均勻分布模式,從而適應(yīng)外激勵(lì)實(shí)時(shí)變化和非軸對(duì)稱(chēng)振動(dòng)控制的一般情況。在這種敷設(shè)模型和電壓施加方案的基礎(chǔ)上,我們提出了一種全新的控制策略——環(huán)向占優(yōu)模態(tài)控制策略。大量的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明:基于這種電壓施加方案的控制策略比以往同類(lèi)工作具有明顯的先進(jìn)性。
   此外,通過(guò)引入結(jié)構(gòu)體積位移(SVD)的概念,本文還對(duì)ACLD圓柱殼的多點(diǎn)反饋控制進(jìn)行了初步探

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