面向振动分析的弹性薄板试验模型动力学相似设计与理论

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弹性薄板构件已经在机械、化工、航空航天等领域获得了广泛的应用,其振动问题在实际问题中已经越来越重要,因而对于弹性薄板动力学问题的合理解决变得非常迫切,振动试验作为对最终的产品的检测或未知理论的证明有着举足轻重的作用,但是由于试验时各种条件的限制,造成试验困难甚至无法实施。基于相似理论的模型实验可以较好地解决这个问题,不仅能减少测试的变量的数目,还能有效地降低试验成本和时间,有着巨大的应用价值。  本文针对弹性薄板的振动问题,采用相似模型对其固有特性进行准确的预测,研究内容主要包括:动力相似条件的确定;基于ANSYS仿真研究弹性薄板振动特征参数与缩比的关系;弹性薄板模态频率和主振型对几何参数的敏感性分析;弹性薄板的相似模型实验。首先运用量纲分析法进行振动分析,对于完全几何相似的原型薄板和模型薄板,得到了固有频率的缩比关系式,为了解决量纲分析中不能区分量纲相同的参数问题,基于不同的有限条建立了弹性薄板动力学模型,运用方程分析法针对不同的模态,得到了不同的缩比关系式,从而能很好的解决厚度发生畸变时的固有频率预测问题,但是随着阶次的增高,误差也逐渐变大。如果几何尺寸的缩比至少有两个不同时,提出了运用数值仿真的畸变修正方法来准确地预测原型薄板的固有频率。另外,敏感性分析很好的解决了各参数对固有频率和主振型的影响问题,可以完全忽略泊松比的影响,扩大了实验时选用材料的范围。  最后的试验结果表明:作为原型和模型相同主振型下固有频率联系纽带的缩比关系式,其预测精度较高。提出的畸变修正的方法也是完全有效的,这对以后的弹性薄板的实验研究具有重要意义。  
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