正交异性薄板的振动能量传递特性
发布时间：2021-03-07 13:23
为了解决正交异性薄板的中高频振动问题,引入结构声强概念研究其振动能量传递特性。首先,对正交异性薄板能量密度控制方程进行有限元离散处理,推导出能量有限元方程,并且通过数值算例将其与经典模态法对比,计算结果验证了方程的正确性;然后,求解能量有限元方程得到结构声强场,同时以流线可视化方式更直观地呈现结构振动能量传递特性;最后,应用该方法分析了不同局部阻尼分布位置对正交异性薄板的振动能量传递特性的影响。分析结果表明:正交异性材料属性使振动能量优先沿着弯曲刚度较小方向流动;值得注意的是,局部阻尼分布在很大程度上决定了振动能量分布以及流向,研究对工程振动特性分析以及阻尼位置优化有一定的指导意义。
【文章来源】：西安交通大学学报. 2019,53(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１形函数自然坐标系结点对应形函数可表示为
第３期何理，等：正交异性薄板的振动能量传递特性ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ图２能量有限元法求得的薄板能量密度图３经典模态法求得的薄板能量密度２．２局部阻尼分布对振动能量传递特性的影响为了进一步说明振动能量的传递特性，引入流线可视化技术［１０］，利用平行于能量流速度方向的流线表示结构能量流动方向，表达式为ｄｒＩ（ｒ，ｔ）＝０（１９）式中：ｒ为能量流粒子的位置；Ｉ为结构声强，与ｄｒ平行。向量示意图如图４所示，流线与每个节点的ｒ相互垂直，与ｄｒ相切。根据式（１９），描述二维平面结构声强流线的微分方程式可写为ｄｘＩｘ＋ｄｙＩｙ＝０（２０）考虑整个薄板所有节点，多条流线组合即可绘制结构振动能量流线场图。图４流线上Ｐ点向量示意图为了研究局部阻尼对正交异性薄板振动能量传递的影响，采用算例铝板，修正其结构阻尼系数使得η＝０．００１，在局部阻尼单元处，增加其阻尼系数使得η＝０．５。考虑３种典型局部阻尼分布位置，研究其对振动能量传递的影响［１４］，局部阻尼分布如图５所示。图中网格为求解薄板能量有限元方程时所划分，大圆表示能量输入单元，小圆表示局部阻尼单元，数字１、２、３表示３种不同阻尼分布情况：第１种局部阻尼单元与能量输入单元呈对角线分布；第２种局部阻尼沿ｘ方向分布；第３种局部阻尼沿ｙ方向分布，其中能量输入单元的位置保持不变。图５局部阻尼分布示意图当局部阻尼与能量输入单元为第１种分布时，正交异性薄板振动能量传递特性如图６所示，图中黑色流线表示振动能
第３期何理，等：正交异性薄板的振动能量传递特性ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ图２能量有限元法求得的薄板能量密度图３经典模态法求得的薄板能量密度２．２局部阻尼分布对振动能量传递特性的影响为了进一步说明振动能量的传递特性，引入流线可视化技术［１０］，利用平行于能量流速度方向的流线表示结构能量流动方向，表达式为ｄｒＩ（ｒ，ｔ）＝０（１９）式中：ｒ为能量流粒子的位置；Ｉ为结构声强，与ｄｒ平行。向量示意图如图４所示，流线与每个节点的ｒ相互垂直，与ｄｒ相切。根据式（１９），描述二维平面结构声强流线的微分方程式可写为ｄｘＩｘ＋ｄｙＩｙ＝０（２０）考虑整个薄板所有节点，多条流线组合即可绘制结构振动能量流线场图。图４流线上Ｐ点向量示意图为了研究局部阻尼对正交异性薄板振动能量传递的影响，采用算例铝板，修正其结构阻尼系数使得η＝０．００１，在局部阻尼单元处，增加其阻尼系数使得η＝０．５。考虑３种典型局部阻尼分布位置，研究其对振动能量传递的影响［１４］，局部阻尼分布如图５所示。图中网格为求解薄板能量有限元方程时所划分，大圆表示能量输入单元，小圆表示局部阻尼单元，数字１、２、３表示３种不同阻尼分布情况：第１种局部阻尼单元与能量输入单元呈对角线分布；第２种局部阻尼沿ｘ方向分布；第３种局部阻尼沿ｙ方向分布，其中能量输入单元的位置保持不变。图５局部阻尼分布示意图当局部阻尼与能量输入单元为第１种分布时，正交异性薄板振动能量传递特性如图６所示，图中黑色流线表示振动能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于功率流有限元方法的异形薄板能量密度求解[J]. 刘知辉,牛军川,周一群. 振动与冲击. 2017(16)
[2]基于能量有限元法的损伤板结构振动分析[J]. 王迪,朱翔,李天匀,高双,衡星. 振动与冲击. 2017(11)
[3]高频弯曲振动梁的随机参数能量有限元分析[J]. 张猛,陈花玲,祝丹晖,张文博,孔祥杰. 西安交通大学学报. 2013(11)
[4]基于有限元的损伤结构功率流可视化研究[J]. 朱翔,李天匀,赵耀,刘敬喜. 机械工程学报. 2009(02)
[5]圆柱壳高频弯曲振动的能量有限元分析[J]. 解妙霞,陈花玲,吴九汇. 西安交通大学学报. 2008(09)
博士论文
[1]能量有限元法研究及其应用[D]. 孙丽萍.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]基于能量有限元法的板耦合结构振动特性分析[D]. 李坤朋.山东大学 2013
本文编号：3069176
【文章来源】：西安交通大学学报. 2019,53(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１形函数自然坐标系结点对应形函数可表示为
第３期何理，等：正交异性薄板的振动能量传递特性ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ图２能量有限元法求得的薄板能量密度图３经典模态法求得的薄板能量密度２．２局部阻尼分布对振动能量传递特性的影响为了进一步说明振动能量的传递特性，引入流线可视化技术［１０］，利用平行于能量流速度方向的流线表示结构能量流动方向，表达式为ｄｒＩ（ｒ，ｔ）＝０（１９）式中：ｒ为能量流粒子的位置；Ｉ为结构声强，与ｄｒ平行。向量示意图如图４所示，流线与每个节点的ｒ相互垂直，与ｄｒ相切。根据式（１９），描述二维平面结构声强流线的微分方程式可写为ｄｘＩｘ＋ｄｙＩｙ＝０（２０）考虑整个薄板所有节点，多条流线组合即可绘制结构振动能量流线场图。图４流线上Ｐ点向量示意图为了研究局部阻尼对正交异性薄板振动能量传递的影响，采用算例铝板，修正其结构阻尼系数使得η＝０．００１，在局部阻尼单元处，增加其阻尼系数使得η＝０．５。考虑３种典型局部阻尼分布位置，研究其对振动能量传递的影响［１４］，局部阻尼分布如图５所示。图中网格为求解薄板能量有限元方程时所划分，大圆表示能量输入单元，小圆表示局部阻尼单元，数字１、２、３表示３种不同阻尼分布情况：第１种局部阻尼单元与能量输入单元呈对角线分布；第２种局部阻尼沿ｘ方向分布；第３种局部阻尼沿ｙ方向分布，其中能量输入单元的位置保持不变。图５局部阻尼分布示意图当局部阻尼与能量输入单元为第１种分布时，正交异性薄板振动能量传递特性如图６所示，图中黑色流线表示振动能
第３期何理，等：正交异性薄板的振动能量传递特性ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ图２能量有限元法求得的薄板能量密度图３经典模态法求得的薄板能量密度２．２局部阻尼分布对振动能量传递特性的影响为了进一步说明振动能量的传递特性，引入流线可视化技术［１０］，利用平行于能量流速度方向的流线表示结构能量流动方向，表达式为ｄｒＩ（ｒ，ｔ）＝０（１９）式中：ｒ为能量流粒子的位置；Ｉ为结构声强，与ｄｒ平行。向量示意图如图４所示，流线与每个节点的ｒ相互垂直，与ｄｒ相切。根据式（１９），描述二维平面结构声强流线的微分方程式可写为ｄｘＩｘ＋ｄｙＩｙ＝０（２０）考虑整个薄板所有节点，多条流线组合即可绘制结构振动能量流线场图。图４流线上Ｐ点向量示意图为了研究局部阻尼对正交异性薄板振动能量传递的影响，采用算例铝板，修正其结构阻尼系数使得η＝０．００１，在局部阻尼单元处，增加其阻尼系数使得η＝０．５。考虑３种典型局部阻尼分布位置，研究其对振动能量传递的影响［１４］，局部阻尼分布如图５所示。图中网格为求解薄板能量有限元方程时所划分，大圆表示能量输入单元，小圆表示局部阻尼单元，数字１、２、３表示３种不同阻尼分布情况：第１种局部阻尼单元与能量输入单元呈对角线分布；第２种局部阻尼沿ｘ方向分布；第３种局部阻尼沿ｙ方向分布，其中能量输入单元的位置保持不变。图５局部阻尼分布示意图当局部阻尼与能量输入单元为第１种分布时，正交异性薄板振动能量传递特性如图６所示，图中黑色流线表示振动能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于功率流有限元方法的异形薄板能量密度求解[J]. 刘知辉,牛军川,周一群. 振动与冲击. 2017(16)
[2]基于能量有限元法的损伤板结构振动分析[J]. 王迪,朱翔,李天匀,高双,衡星. 振动与冲击. 2017(11)
[3]高频弯曲振动梁的随机参数能量有限元分析[J]. 张猛,陈花玲,祝丹晖,张文博,孔祥杰. 西安交通大学学报. 2013(11)
[4]基于有限元的损伤结构功率流可视化研究[J]. 朱翔,李天匀,赵耀,刘敬喜. 机械工程学报. 2009(02)
[5]圆柱壳高频弯曲振动的能量有限元分析[J]. 解妙霞,陈花玲,吴九汇. 西安交通大学学报. 2008(09)
博士论文
[1]能量有限元法研究及其应用[D]. 孙丽萍.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]基于能量有限元法的板耦合结构振动特性分析[D]. 李坤朋.山东大学 2013
本文编号：3069176
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