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粘性流场中圆柱壳耦合系统声振特性研究

作　者: 江丰
导　师: 李天匀
学　校: 华中科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 粘性流场 N-S方程频散特性输入能量流声辐射线功率
分类号: U661.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要

论文的内容是国家自然科学基金资助项目“水下流场－圆柱壳耦合系统的振动能量流特性研究”（项目编号：40976058）的一部分。本文基于Flügge薄壳理论和波传播法围绕粘性流场中无限长圆柱壳耦合系统的声振特性展开了研究。建立了粘性流场中圆柱壳耦合系统声振方程，主要从理论的角度探讨了流体的粘性对圆柱壳结构在自由振动下的频散特性以及在径向线激励力作用时的输入能量流和声辐射线功率的影响。首先对与本文研究内容相关的国内外研究现状进行了综合的回顾和评述，主要介绍了流场中圆柱壳结构耦合系统振动能量流的分析方法和研究成果，总结了涉及到粘性流场与结构耦合问题时处理粘性流场的分析方法。论文把线性化的N-S方程、线性化连续性方程和小振幅波动下的状态方程结合起来得到了粘性流场中的波动方程，运用对矢量场的Helmholtz分解定理将波动方程中粘性流体的速度场分解为标量势和矢量势，利用满足波动方程的假设解的形式得到了粘性流场在柱坐标系下的速度和应力的表达式，联立边界条件与Flügge壳体振动方程得到了粘性流场中圆柱壳耦合系统声振方程。推导了耦合系统在自由振动下的频散特征方程，由于在研究振动能量沿圆柱壳体传播时，传播波是主要的研究对象，用沿实轴搜根法获得了粘性流场中耦合系统的频散特征曲线，对比理想流场中的计算结果分析了流体的粘性对耦合系统频散特性的影响。通过求解不同粘度系数流场中耦合系统频散曲线得到了流体动力粘度系数大小对耦合系统频散特性的影响。用十点高斯积分法计算了耦合系统在径向线激励力作用时的输入能量流，分析流场有无粘性时结果的异同。通过改变粘性流场分析了粘度大小对输入能量流的影响。最后计算了粘性流场中圆柱壳耦合系统在径向线激励力作用时壳体辐射到周围流场中的线功率，并通过理想流场中结果对比分析粘性对耦合系统声辐射特性的影响。同样，也得到了粘度大小对粘性流场中圆柱壳耦合系统声辐射线功率的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 文献综述  10-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-18
2 粘性流场中圆柱壳耦合声振方程  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 粘性流场圆柱壳耦合模型  18-19
  2.3 粘性流场中无限长圆柱壳耦合声振方程  19-30
  2.4 本章小结  30-32
3 粘性流场中圆柱壳耦合系统频散特性  32-47
  3.1 引言  32
  3.2 频散特征方程推导  32-35
  3.3 频散特征方程的数值解法  35-46
  3.4 本章小结  46-47
4 粘性流场中圆柱壳耦合系统输入能量流  47-58
  4.1 引言  47
  4.2 耦合系统在周向线激励力作用下的受迫振动  47-48
  4.3 线激励力作用下耦合系统输入能量流  48-49
  4.4 输入能量流的数值计算  49-57
  4.5 本章小结  57-58
5 粘性流场中圆柱壳耦合系统声辐射线功率  58-68
  5.1 引言  58
  5.2 耦合系统辐射线功率理论推导  58-59
  5.3 辐射线功率数值计算  59-66
  5.4 本章小结  66-68
6 总结与展望  68-71
  6.1 本文总结  68-69
  6.2 本文创新点  69-70
  6.3 未来展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-77
附录 1 攻读学位期间发表论文的目录  77-78
附录 2 攻读学位期间参与的科研课题  78

粘性流场中圆柱壳耦合系统声振特性研究

内容摘要

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