探析加筋板流固耦合振动分析及试验研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文加筋板流固耦合振动分析及试验研究姓名：裴智勇申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：吴卫国;翁长俭2001.3.1加筋板流固耦合振动分析及试验研究摘要(加筋板结构是被广泛应用于航空、造船、建筑和机械等工程领域的一种结构形式。工程中加筋板结构很多时候处于液体环境中工作或其表面与液体介质相接触，研究单面或双面与液体接触的加筋板结构的振动有利于预防和控制局部振动的发生，降低局部振动的危害，提高结构物的使用效能。夕’’本文主要研究了加筋板结构在单面或双面与水接触时流固耦合自由振动特性。文中把结构有限元方法与流体有限元方法结合起来，根据G疵墒钿法和Hami

2、lton变分原理分别推导了离散的流体和结构的运动方程式，并用湿模态法得到了流体附加质量矩阵。由湿模态法所得的流体附加质量矩阵非对称，最后得到的总质量矩阵为非对称满阵，本文采用非对称广义Lallczos算法求解其特征问题，得到耦合振动频率和振型。为验证理论算法的可靠性，并了解舱壁加筋板结构动力特性，进行了舱壁加筋板单面附连水试验，测得了不同水深时耦合振动频率和振型。／为实现理论求解，本文在程序研制上进行了大量工作，采用FORTRAN语言编制并调试通过了5000余行计算机程序，可分别进行板、梁、交叉梁系和加筋板结构的振动计算，并绘制相应的振型图；还可以进行板单面与水接触，板梁

3、组合结构单面或双面与水接触以及存在舱内水时底板和舱壁板的振动计算和相应振型图的输出。作为示例，文中用流体有限元法和流体边界元法程序求解附连水质量，对某潜艇舵翼结构进行了流固耦合振动分析。综合全文，可以得出以下结论：(1)程序计算结果表明，用板梁组合模拟加筋板结构是正确合理的；加筋板结构单面或双面与水接触时的计算方法是有效的：(2)对于有舱内水情况，用流体有限元法将舱内水离散，求得流体附连水质量，再加到相应结构上进行流固耦合分析。传统的图谱法不计舱内水深均视为双面附连水，流体边界元法求得附连水质量不随频率阶次变化，本文方法对于不同水深各阶次频率计算精度大大提高；(3)提出了

4、非对称广义Lanczos算法，并编制了相应的计算机程序，该程序可求解非对称矩阵的广义特征值和特征向量，即结构的固有频率和振型；(4)本文程序实现了从加筋板结构中识别板的模态，这对预防和控制加筋板结构的振动有着重要的实际意义；(5)舱壁加筋板单面附连水试验与有限元计算表明，随着水深的增加，耦合振动频率降低，其变化大致呈线性规律，这对于舱壁加筋板结构动力设计有重要意义。一一关键词：加筋板，有限元，流固耦每，试验研彩．摆，j矽{1九’，加筋板流固耦合振动分析及试验研究ABSTRACTStiffenedplatejswidelyusedjnaeronautic．marine．ar

5、chitecturaIandmechanicaIfields．1nmostcases．stiffenedplateworksinthefluidoritssurfacecontactswithfluid．Itisnecessarytoresearchthevibrationofthestiffenedplatewhichcontactswithwaterbyonesideorbothsidesforpreventingandcontrollingthehappeningoflocalvibration，decreasingtheharmfuInessoflocaIvibr

6、ationandenhancingtheeffectivenessofstructures．Inthisthesis．fluid-structureinteractionvibrationofstiffenedplatethatcontactswithwaterbyonesideorbothsidesisprimarilyresearched．Thestructurefiniteelementmethodcombinedwiththefluidfiniteelementmethodispresentedinthisthesis．Discretizedfluidandstr

7、uctMrskineticequilibriumequations，onthebasisofGalerkinmethodandHamilton’svariationaJprinciple，arededucedandaddedmassmatrixisachievedbyWetModeMethod．ThematrixoffluidaddedmassisunsymmetricaccordingtoWetModeMethod．Thus．thegeneralmassmatrixisfulIandunsymmetric．Lanczosme