敷设多孔介质层圆柱壳结构的动力学建模及振动特性研究

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饱和多孔介质板壳结构作为一种具有良好吸声、吸能特性的功能材料,在航空航天、机械、建筑、生物医学、石油化工等工程领域应用越来越广泛。有关饱和多孔介质的基础理论和饱和多孔介质结构的振动特性分析,一直以来都备受学者们的关注。为了使多孔敷设层的功能更加全面,敷设结构也逐渐由单一的粘弹材料层向复杂的多层结构发展,由均匀弹性材料层和多孔介质层组成的双层复杂板壳结构,同样具有阻尼、隔声、吸声等多种功能,具有极佳的应用前景。就目前来看,有关饱和多孔介质壳结构的振动问题还鲜有文献报道。无论是该类结构的理论分析还是设计手段都还存在较大的缺陷,需要进一步的深入研究。本文针对饱和多孔介质圆柱壳单层和敷设多孔介质圆柱壳双层结构,创建了一套全新的高计算精度和高效率的半解析法。推导出了谐激励下多孔介质圆柱壳结构的一阶常微分控制方程,该方程中的状态变量包含12个具有明确物理意义的位移、内力及与流体压力有关的力及力矩变量,可方便应用于各种边界条件。其中流体位移模式,由Biot理论流体运动方程推导而出。结合边界条件和高精度的齐次扩容精细积分方法及精细元法,可对控制方程进行求解。由于对流体介质的位移未作任何假设,且考虑了流体和固体骨架间的耦合作用,该模型具有很高分析精度和较宽适用范围。最后,利用MATLAB软件编制数值计算程序,实验结果和有限元模型验证了本文模型的有效性和合理性,并分析了材料参数和结构参数等对该结构动力学性能的影响。本文在单层多孔介质层的研究成果基础上,利用叠加原理、两层壳之间的连续性约束条件,提出了一种分析敷设多孔介质双层圆柱壳结构振动特性的数值模型,为深入研究多孔介质层壳体结构的动力学问题奠定了基础。该方法原理简单,实施方便,且对结构的层数没有任何限制,适用于多层复杂结构的求解。以本文研究为基础,探索不同类型声振覆盖层参数对圆柱壳振动特性的影响,为不同敷设层的优化设计提供理论支持和和技术支撑。论文最后,简要总结了主要工作内容和获得的研究成果;同时,还对本文所建理论模型的应用、后续研究方向及前景进行了展望。
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