水介质对裂纹薄板振动频率的影响

1引言 机械结构在水中振动要涉及到具有挑战性的流-固耦合问题.本文在假定裂纹薄板水中挠度等于空气中挠度的条件下,先用有限元软件作真空模态分析,进而将模态有关数据导出,在Matlab中编程利用迭代法求解了裂纹薄板在不可压流体中的振动频率.为了说明方法的有效性,计算了完整圆板在水中振动的无量纲附加质量增量,结果与Kwak的结果符合较好.下面就以周界固定裂纹圆板为例说明计算方法.     

水中弹性体的特征频率与声特性

对弹性壳体的特征频率与声散射、声辐射的谐振特性进行了对比研究。应用最小势能原理建立弹性体的有限元方程,并结合边界积分方程得到水中弹性体特征方程,采用Lanczos方法直接求解特征频率并进行固有振动模态分析。通过几种弹性壳体的特征频率与声特性的对比,验证了激励源频率在特征频率处会产生较强的谐振散射和谐振辐射,谐振对声特性影响的大小则与激励方式有关。具有附加结构的复杂线形长壳体的固有振动模态表明,低阶振动模态主要是主体部分径向和轴向振动,而附加结构对振动影响较小,但会使前几阶的特征频率偏移;高阶固有振动模态的主体和附加部分都产生形变,但主体的轴向振动是主要特征。     

障板上矩形薄板在浅水环境中的振动及声辐射解析分析

通过推导得到浅水环境中矩形板声辐射阻抗矩阵的解析表达,进一步结合振动假设模态方法及辐射表面单元辐射器思想求解浅水环境中矩形板的振动响应,分析水深对矩形板模态附加质量的影响,给出矩形板模态附加质量随水深的变化情况,得到波导模态的激发对附加质量的影响,并通过对辐射抗矩阵的特征分析得到附加质量在板上分布的主要模式;进一步结合声辐射模态辐射效率,分析水深变化对矩形板振动响应峰值及远场声辐射的影响,分析结果表明:水深度变化对振动响应峰值及声辐射功率的影响与第1阶声辐射模态的辐射效率随深度的变化具有一致性。     

圆板轴对称弯曲振动的模态声辐射效率

采用将声强对辐射面积分的方法获得轴对称弯曲振动圆板在固定、简支及自由边界条件下的模态辐射声功率,进而获得其模态声辐射效率.采用高斯-勒让德数值积分法计算出固定、简支及自由边界条件下圆板的模态声辐射效率的数值解,并将同阶模态三种不同边界条件下的圆板声辐射效率进行了对比.结果表明:(1)圆板的模态声辐射效率在全频段内大体呈...     

对声辐射模态的讨论

提出利用声辐射模态结合结构模态研究声辐射问题,并且从物理和数学意义上对声辐射模型进行了解释。用声辐射模态研究外部声辐射的主要优点在于消除了结构模态中复杂的耦合项。本文以简支矩形板为例,通过瑞利积分公式计算了其在不同频率下的辐射效率,并比较了在结构模态下和声辐射模态下辐射效率的区别。     

水中板声辐射的声功率模态分析

由于水中结构的振动声辐射要考虑流体加载效应,因此水中结构声辐射的模态分析也与空气中的有所不同。基于辐射声功率的二次型表达式,采用有限元和Rayleigh积分耦合方法,对板结构的水下声功率模态进行了计算分析研究,通过辐射效率、模态振型和辐射声功率等探讨了其特点。结果表明以激励力为变量、考虑了结构阻抗的水下声功率模态具有各阶模态声辐射独立、低频时前几阶模态(特别是第1阶模态)的声辐射占主导地位、模态辐射效率峰值和模态振型物理意义清楚等特点,在水下结构振动声辐射的分析和控制方面有一定实用价值。     

基于附加质量块的桥梁模态挠度预测方法研究EI北大核心CSCD

以16 m跨径空心板单梁为研究对象,研究基于附加质量块的质量归一化方法和模态柔度法测试预测桥梁模态挠度的准确性和工程可行性。基于环境激励测试16 m单梁在施加质量块前后的模态参数,提出包含相对频率改变平方项的振型质量归一化计算方法,预测单梁在多级竖向静力荷载作用下的模态挠度,将模态挠度与实测静挠度进行比较,研究8种附加质量工况下单梁模态挠度的测试预测精度,分析附加质量占比以及质量块的数量对预测精度的影响,分析传感器数量对模态挠度预测精度的影响。结果表明,在环境激励下,5个传感器与8个传感器模态挠度预测精度基本一致,满足工程精度要求;基于附加质量块预测的模态挠度可代替实测弹性静挠度,进而评估桥梁的实际刚度状态;附加质量块质量占梁体总质量约10%时,模态挠度的预测相对误差小于8%,预测精度较高。在实际工程应用中,可适用于其他跨径桥梁;在附加质量块占比相同的情况下,多个小质量快的模态挠度预测精度优于大质量块;仅利用单梁前两阶竖向模态即可获得较精确的模态挠度。     

薄膜振动附加质量试验研究

附加质量对于膜结构振动特性有明显影响,在其振动分析中不能忽略.利用真空箱测试薄膜在不同密度空气中的振动特性,研究了薄膜振动的附加质量影响因素和规律.真空箱采用钢板和钢化玻璃制作,利用真空泵调节真空箱内的气压可以改变箱内的空气密度.对比薄膜在不同密度空气中的振动频率,可以计算其附加质量.试验结果表明,薄膜自振频率随气体密度减小而增大,附加质量效应十分明显,且与模态振型相关.基于试验分析提出了附加质量分布的简化模型,即对于每阶模态,薄膜振动的附加质量分布相当于振型各区域上均匀分布有0.65倍该振型区域特征长度的空气,而振型区域特征长度,取该区域内切圆直径.利用该简化模型分析薄膜得到的振动频率与本文及已有试验结果符合良好,证明了该简化模型的有效性.     

敷设覆盖层圆板水下爆炸响应理论计算方法研究

为研究敷设覆盖层圆板水下爆炸响应,提出一种理论计算方法。敷设覆盖层对圆板水下爆炸响应影响包括两方面:一为对冲击载荷的影响,二为在冲击载荷作用下对响应的影响。该理论计算方法运用波在多层介质传播理论得到湿表面压力,并积分得到冲量,运用等效均一化理论得到覆盖层与钢板整体结构的等效参数,根据圆板振动理论得到圆板真空振动方程,通过考虑水附加质量的影响修正圆板振动频率,最后根据初始条件得到圆板的响应。将理论方法的结果与有限元结果通过实例进行对比,证明该理论计算方法可以很好地预测圆板振动的位移响应。     

横向振动圆柱体在流体中的动力学特性

根据文献报道的圆柱体在无限域流场中横向振动时受到的流体作用力解析表达式,通过归纳定义和无量纲化处理得到了代表圆柱体在流体中动力学特性的无量纲动力附加质量和无量纲动力附加阻尼表达式,又通过分析各种因素对动力附加质量和动力附加阻尼的影响,研究了圆柱体在无限域流场中横向振动时的动力学特性。研究发现,圆柱体在流体中的动力学特性主要表现为动力附加质量和动力附加阻尼,而没有动力附加刚度,动力附加质量和动力附加阻尼均由反映流体流动滞流特性的滞流项和反映流体流动湍流特性的湍流项两部分组成,在不同流动状态下二者在总和中所占的比例不同,滞流主导状态下滞流项占主导,湍流主导状态下湍流项占主导。进一步分析表明,流体密度、流体粘度、圆柱体半径及圆柱体振动频率均对圆柱体在流体中的动力学特性有重要影响。     

平面波激励矩形板辐射声计算中奇异积分处理方法研究

平面波垂直入射均匀薄板为一常见的透声问题;如果从振动声辐射角度来讲,这也是一个平面波激励板振动的声辐射问题,两种分析思路均已有经典方法可以采用,计算结果也理应一致.前者计算容易,但后者由于积分中含有奇点所以计算比较复杂.文章首先对有限薄板被激振动和声辐射的已有研究结果进行了回顾,重点处理了矩阵求解和奇点积分问题,给出了...     

Transient vibration and sound radiation of a rectangular plate with viscoelastic boundary supports

This work considers transient vibration and sound radiation from an impact‐excited rectangular plate with viscoelastic boundary supports. The approach used is based on the modal strain energy (MSE) method. Vibration of the plate is approximated by a double infinite series in the spatial co‐ordinates. Each term of the series is constructed with vibration modes of beams having the same boundary conditions as the plate, multiplied by a time‐dependent function. Modal loss factor of each mode is obtained by the MSE method. The sound radiation pressure in the time and frequency domain is obtained by numerical integration of the Rayleigh integral. Effects of the viscoelastic boundary supports on the vibration response and the radiated sound pressure of the vibrating plate are also discussed. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

基于声辐射模态模型求解声功率灵敏度

声功率灵敏度分析揭示了结构振动引起的辐射声功率与结构设计变量之间的关系。通过利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,利用有限元振动模型来处理结构振动环节,从而提出一种新的声功率灵敏度求解方法。在带障板的加筋板声辐射模型中,采用较常用的瑞利积分模型处理辐射环节的方法对其进行了验证。最终验证了这种方法的可行性。     

半挂牵引车整车模态分析

着重针对某半挂牵引车整车进行模态分析。首先通过UG对牵引车整车建模,然后运用HyperWorks对模型进行网格的划分生成整车有限元模态分析模型,最后对其进行模态分析,得到系统的各阶模态,并按照实际情况对模态参数进行分析。有限元模态分析结果表明该牵引车整车结构固有频率能有效避开各种激励源频率,避免发生共振现象。     

变截面Euler-Bernoulli梁在轴力作用下固有振动的级数解

建立了截面特性、轴力和质量分布均连续变化的Euler-Bernoulli梁固有振动方程。采用Frobeniu方法求解方程,得到了方程的级数解析解;并计算了结构的振动频率与振型。算例证明了该方法的有效性,并表明轴向力的几何非线性效应对振动的低阶频率和自振振型有一定的影响,级数项数的取值对算法的收敛性有影响。     

螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响

由于装配需要或者制造误差等因素的影响,连接板的螺栓与螺栓孔之间不可避免地存在间隙,而且间隙的变化对连接板的模态频率有一定的影响。通过研究螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响机制,讨论一种基于变通孔直径的螺栓连接动力学设计方法。首先,基于ABAQUS软件和Python语言,建立了包含变通孔直径的单搭单螺栓连接板有限元计算模型;然后,探讨了螺栓连接板在一端固支、两端固支两种边界条件下螺栓与孔间隙变化对连接板模态频率的影响机制;最后,提出了一种基于变通孔直径的螺栓连接板动力学设计方法。结果表明:当通孔直径为螺栓直径的1.02~1.20倍时,通孔直径的变化对螺栓连接板各阶固有频率的影响可忽略;通孔直径大于螺栓直径的1.21倍时,其变化对连接板模态频率有明显的影响,且影响程度各异。研究表明在特定激励环境下可通过改变通孔直径来改变系统模态频率,从而避免结构共振。该方法为螺栓与孔间隙对复杂螺栓连接系统固有频率的影响分析提供了参考,也为螺栓连接系统的抗振疲劳设计问题提供了思路。