發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 14:07

　　 模態(tài)分析是一項(xiàng)在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。它以振動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ),以實(shí)驗(yàn)測量為手段,對結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的預(yù)測及控制具有十分重要的意義。隨著新型夾層材料、聲學(xué)超材料以及局部阻尼材料的推廣,大量的非比例阻尼存在于結(jié)構(gòu)之上,從而激發(fā)了復(fù)模態(tài)現(xiàn)象。不同結(jié)阻尼附加情況會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的復(fù)模態(tài),對此工程師們創(chuàng)造出眾多的模態(tài)復(fù)雜度參數(shù)對復(fù)模態(tài)狀態(tài)進(jìn)行描述和衡量。在結(jié)構(gòu)滿足安全性可靠性的基礎(chǔ)上,人們越來越關(guān)注結(jié)構(gòu)的聲學(xué)舒適性能,而關(guān)于艙室噪聲、環(huán)境噪聲、建筑噪聲等的法律法規(guī)也愈加嚴(yán)苛,以保護(hù)人身和生態(tài)安全,提高生活品質(zhì)。所以,復(fù)模態(tài)下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射以及參數(shù)化衡量的問題同樣值得重點(diǎn)關(guān)注。本文對復(fù)模態(tài)分析的發(fā)展情況做了較為全面詳盡的梳理和介紹,并將關(guān)注點(diǎn)落在參數(shù)化衡量平板結(jié)構(gòu)的模態(tài)復(fù)雜度和結(jié)構(gòu)聲輻射特性上。本文介紹了基于有限元方法的Mindlin薄板理論;給出解析法求解結(jié)構(gòu)固有頻率和固有振型的公式;利用Fortran編程計(jì)算一塊矩形鋼板的固有頻率與固有振型,并與解析解對比,進(jìn)行程序正確性驗(yàn)證。本文對“利用前兩階控制頻率來確定瑞利阻尼模型比例系數(shù)”這一方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了反思與探討;根據(jù)阻尼比函數(shù)的基本性質(zhì)對阻尼比變化趨勢進(jìn)行預(yù)測,并提出“虛擬標(biāo)準(zhǔn)差”對阻尼比進(jìn)行總體衡量;根據(jù)“虛擬標(biāo)準(zhǔn)差”選出分散程度低、計(jì)算階數(shù)多的控制頻率組合。本文著重研究了衡量模態(tài)振型復(fù)雜度的主要參數(shù)和復(fù)模態(tài)的求解過程。挑選了在模態(tài)分析領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的三種參數(shù)對“非比例阻尼(重度)狀態(tài)下懸臂梁的復(fù)模態(tài)特性”進(jìn)行算例驗(yàn)證。從聲輻射功率的角度提出新的參數(shù)AMSC,嘗試從聲能量的角度對結(jié)構(gòu)的模態(tài)復(fù)雜度加以解釋和衡量。本文對算例的仿真計(jì)算用到了有限元分析軟件ANSYS和多物理場耦合軟件COMSOL,對于兩種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)果準(zhǔn)確性對比以及建立非比例阻尼模型的操作進(jìn)行了簡要介紹,有一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U661.44
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展和現(xiàn)狀
        1.2.1 結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的研究進(jìn)展
        1.2.2 模態(tài)復(fù)雜程度參數(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 模態(tài)復(fù)雜程度與聲輻射特性的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究思路及研究內(nèi)容安排
2 薄板結(jié)構(gòu)振動(dòng)及有限元模型仿真計(jì)算的研究
    2.1 引言
    2.2 彈性力學(xué)基本方程
    2.3 Mindlin板單元
        2.3.1 Mindlin板單元基本假設(shè)
        2.3.2 求解單元質(zhì)量陣與單元?jiǎng)偠汝?br>    2.4 振動(dòng)模態(tài)計(jì)算
    2.5 四邊簡支薄板固有頻率計(jì)算
        2.5.1 數(shù)值解析解的理論公式
        2.5.2 驗(yàn)證算例
    2.6 本章小結(jié)
3 對于瑞利阻尼模型比例系數(shù)確定的研究
    3.1 引言
    3.2 結(jié)構(gòu)阻尼模型與瑞利阻尼模型
        3.2.1 結(jié)構(gòu)阻尼簡介
        3.2.2 瑞利阻尼介紹
    3.3 對于瑞利阻尼模型準(zhǔn)確性的討論
        3.3.1 瑞利阻尼模型誤差在數(shù)值計(jì)算中的體現(xiàn)
        3.3.2 提升瑞利阻尼模型準(zhǔn)確性的研究
    3.4 控制頻率組合對模態(tài)阻尼比的影響研究
        3.4.1 算例數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
        3.4.2 對模態(tài)阻尼比函數(shù)圖像的分析
        3.4.3 預(yù)測a與預(yù)測b
    3.5 對個(gè)體數(shù)據(jù)的計(jì)算分析
    3.6 對整體數(shù)據(jù)的計(jì)算分析
        3.6.1 統(tǒng)計(jì)量簡介
        3.6.2 整體計(jì)算分析的結(jié)果a與結(jié)果b
        3.6.3 綜合評判與結(jié)論
    3.7 本章小結(jié)
4 模態(tài)復(fù)雜度參數(shù)研究
    4.1 引言
    4.2 振動(dòng)復(fù)模態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)
    4.3 模態(tài)復(fù)雜度參數(shù)
        4.3.1 平均相位偏差MPD（Mean Phase Deviation）
        4.3.2 模態(tài)相位共線指標(biāo)MPC（Modal Phase Collinearity）
        4.3.3 模態(tài)振型復(fù)雜度MSC（Mode Shape Complexity）
        4.3.4 其他模態(tài)復(fù)雜度衡量參數(shù)
    4.4 驗(yàn)證算例
        4.4.1 ANSYS軟件和COMSOL軟件簡介
        4.4.2 算例一：懸臂梁固有頻率計(jì)算
        4.4.3 算例二：非比例阻尼懸臂梁模態(tài)復(fù)雜度參數(shù)計(jì)算
    4.5 本章小結(jié)
5 基于聲學(xué)觀點(diǎn)提出的新參數(shù)
    5.1 引言
    5.2 聲輻射模態(tài)的理論及新的模態(tài)復(fù)雜度參數(shù)AMSC
        5.2.1 輻射聲功率二次型的數(shù)學(xué)求解
        5.2.2 結(jié)構(gòu)聲輻射的聲輻射模態(tài)
        5.2.3 參數(shù)AMSC（Acoustic–Mode Shape Complexity）
    5.3 新參數(shù)驗(yàn)證及結(jié)果分析
        5.3.1 阻尼類型設(shè)置
        5.3.2 模態(tài)振型數(shù)據(jù)處理及AMSC計(jì)算
        5.3.3 四種參數(shù)的對比驗(yàn)證
        5.3.4 分析及結(jié)論
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 不足與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2878019