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螺旋桨脉动压力识别

作　者: 冯宇剑
导　师: 林哲
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 脉动压力载荷识别分布动载荷二维正交多项式
分类号: U664.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

对螺旋桨及其周围伴流场的不断深入研究,认识到螺旋桨产生的定常脉动压力和其主轴激振力还不足以引起船舶艉部的剧烈振动,而罪魁祸首是螺旋桨在不均匀伴流场中工作时桨叶产生不定常空泡引起的振幅剧变又趋于同相位的脉动压力,其数值远远超过无空泡条件下螺旋桨诱导的脉动压力。目前已把螺旋桨在船体表面诱导的脉动压力的大小作为螺旋桨设计是否成功的一个标准。因此,如果能够简单准确的识别出螺旋桨脉动压力的大小,对于螺旋桨研究设计及避免船舶产生强烈或破坏性振动都具有重大的意义。本文基于频域载荷识别法中的频响函数直接求逆法识别载荷的原理,首先用有限元方法求出单侧浸水结构的频响函数,其中附加水对板振动的影响以附加质量的形式考虑,用位移传感器实测出结构若干点的响应,然后运用二维广义正交多项式理论将未知的二维分布动载荷(脉动压力)表示为各阶正交基函数的线性叠加,这时未知的复杂分布动载荷识别就可以转化为简单的正交拟合系数的识别。只要结构实测的响应点数大于待识别的系数,就能识别出各系数,因而就可以达到识别脉动压力的目的。通过数值模拟的结果表明该方法能有效识别二维分布动载荷,避免频响函数直接求逆法时矩阵的病态问题,能很好地抑制噪声的干扰,同时该方法有很好的识别精度且能与有限元方法结合,识别复杂结构上的分布动载荷。本文提出的螺旋桨脉动压力识别方法具有用于实船脉动压力识别的可操作性和经济性,同时也具有很好的工程通用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究概况及发展趋势  9-12
    1.2.1 螺旋桨脉动压力识别研究进展  9-10
    1.2.2 二维分布动载荷识别研究进展  10-12
  1.3 本文主要研究内容  12-14
2 加筋板振动有限元分析  14-27
  2.1 引言  14-15
  2.2 考虑剪切变形的弯曲梁单元  15-16
  2.3 基于Mindlin理论的四结点等参板壳单元  16-22
    2.3.1 Mindlin板单元  16-18
    2.3.2 带面内旋转自由度四结点等参平板壳单元  18-20
    2.3.3 剪切锁死的根源及避免  20-22
  2.4 板梁组合结构动力学分析  22-27
    2.4.1 梁偏心问题  22-24
    2.4.2 质量阵  24-25
    2.4.3 阻尼阵  25-27
3 多自由度系统振动模态分析  27-39
  3.1 引言  27-28
  3.2 多自由度系统的频响函数矩阵  28-31
    3.2.1 两自由度系统频响函数矩阵  28-29
    3.2.2 多自由度系统频响函数矩阵  29
    3.2.3 不同激励下的多自由度系统频响函数矩阵  29-31
  3.3 模态坐标变换  31-34
    3.3.1 无阻尼多自由度系统  31-32
    3.3.2 粘性比例阻尼多自由度系统  32-33
    3.3.3 坐标缩减  33-34
  3.4 复模态分析理论  34-37
    3.4.1 结构阻尼系统  34-35
    3.4.2 一般粘性阻尼系统  35-37
  3.5 载荷识别的频域方法  37-39
    3.5.1 频响函数直接求逆法  37
    3.5.2 模态坐标变换法  37-38
    3.5.3 频域载荷识别法精度的影响因素  38-39
4 螺旋桨脉动压力识别  39-59
  4.1 引言  39
  4.2 二维广义正交多项式  39-46
    4.2.1 切比雪夫正交多项式  39-41
    4.2.2 二维广义切比雪夫正交多项式  41-43
    4.2.3 二维正交多项式函数拟合  43-46
  4.3 基于二维广义正交多项式动载荷频域识别技术  46-59
    4.3.1 螺旋桨脉动压力的信号特征  46-47
    4.3.2 脉动压力识别模型的建立  47-48
    4.3.3 分布动载荷识别仿真算例  48-59
结论  59-62
参考文献  62-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  66-67
致谢  67-69

螺旋桨脉动压力识别

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