有流体负载的板梁组合结构动刚度法研究
Dynamic Stiffness Method for Beam-Stiffened Plate Assemblies with Fluid-loading
结构振动特性由于直接关系到船上乘员的舒适性、设备的耐久性、结构的安全性、乃至整船的隐身性,因而是船舶结构设计中至关重要的问题.本文从船舶结构振动这一基本问题出发,以典型船舶结构为研究对象,提出有流体负载的板梁组合结构动刚度方法.首先,提出了加筋板结构的动刚度建模方法.基于Kirchhoff薄板理论,同时计入面内振动和弯曲振动,推导出矩形板结构的动刚度矩阵;基于欧拉梁理论,计入等截面梁的弯曲振动、扭转振动和纵向振动,推导出梁结构的动刚度矩阵.借鉴传统有限元法单元组装技术并结合坐标变换技术,组装板梁组合结构的全局动刚度矩阵,并和有限元计算结果对比验证;其次,发展了有流体负载的板结构的动刚度法.首次将结构振动诱发的流体负载以辐射阻抗的形式引入到动刚度矩阵中,给出有流体负载的板结构动刚度阵的显式形式;并采用有限板结构的流固耦合有限元模型对该方法进行验证;再次,应用本文提出的动刚度法分析了有限长周期加筋板结构的振动传递特性,给出了以归一化响应表征的振动传递评价方法,并分析了不同结构参数对振动传递的影响规律;最后,以典型船舶舱段为研究对象,建立船体舱段的动刚度法模型,并采用有限元法全面验证理论模型的正确性;在此基础上,分析了结构参数对双层底结构振动传递特性的影响规律,为工程应用提供重要理论支撑.本文提出的动刚度法与传统有限元法相比有显著优势,比如计算效率高、适用频率宽、离散化要求低;而与经典的解析法相比,由于采用单元组装技术,具备模拟复杂船体结构动力学特性的功能;因而,可以预期:该方法将在模拟复杂船体结构的振动特性,包括频谱特征、振动传递、乃至波型转换等方面有广阔的应用前景.
- 作者：
- 钟奎奎
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 船舶与海洋结构物设计制造
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 吴文伟
- 中图分类号：
- U661.4
- 关键词：
- 板梁组合结构；动刚度法；流体负载；周期加筋板；波传播
- Beam-stiffened plate assemblies; Dynamic Stiffness Method; Fluid loading; Periodic stiffened plate; Wave propagation;