一种有限尺寸结构振动响应的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有限尺寸结构振动响应的计算方法及系统，本发明专利技术将船体结构计算时的多板耦合结构划分为多个子系统，根据对每个子系统建立的局部对偶坐标系和全局坐标系，得到力和位移分量的对偶关系，将每个子系统的弯曲波与面内波波幅系数采用分量的统一表达式写出，得到每个子系统的位移和力向量的波动法解法的通用表达式。随着子系统和边界条件的增多，都可以用该通用表达式一般化表达出，大大简化了影响整个系统的公式推导的复杂性，使多板耦合结构计算可以编程实现，且当结构改变时，只需要改变若干参数即可重新解算，适用于船体结构的方案设计阶段的迭代设计，可为船舶等钢结构的减振降噪声学设计提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种有限尺寸结构振动响应的计算方法及系统
本专利技术涉及船舶领域，更具体地说，涉及一种有限尺寸结构振动响应的计算方法及系统。
技术介绍
船体结构振动特性常用的计算方法包括：有限元法、边界元法、统计能量法、传递矩阵法和波动法等，前三种方法都有较成熟的商业软件，传递矩阵法和波动法一般用于研究简单的平板、L型板等简单规则的结构，且一般是进行理论推导并且自编程序进行计算。船体基座或船底板等连接结构一般是含有边界条件的多板耦合结构，研究振动波在结构里的传播特性对于研究振动机理具有重要意义。对于有限尺寸耦合结构的振动传递响应计算，目前一般采用有限元法，但有限元法网格尺寸需大于波长的1/5,随着计算频率的增加，需要更加密集的网格，且随着计算频率的增加，有限元法耗时增加明显，且有限元方法具有高频不稳定性，只能在较低频域内进行计算。其次，有限元法随着结构的改变，需要重新建模，耗费计算时间和建模时间，此外，有限元法不能对弯曲波、面内波、剪切波等振动波传递规律进行振动波分离研究。目前主要采用波动法对振动波传递特性进行研究，但主要用于分析无限和半无限尺寸结构的振动波传递，对于考虑边界对振动波的吸收和反射的有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有限尺寸结构振动响应的计算方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1：根据子系统划分原则，在声学特性改变处，将船壁与船体外板通过连接线耦合形成的多板耦合结构划分为多个子系统，船壁与船体外板两侧的连接线分别为i、j，对应的子系为统ij，i、j＝1、2、3、…、n，n为子系统总数量；步骤2：建立坐标系，对每个子系统建立局部对偶坐标系XYZ以及整个结构的全球坐标系X0Y0Z0；其中对于局部对偶坐标系：沿着子系统ij板的i端，建立长度方向为Xij，板宽度方向为Yij，右手坐标系沿着确定Zij方向的坐标系；沿着子系统ij板的j端，建立长度方向为Xji，板宽度方向为Yji，右手坐标系沿着确定Zji方向...

【技术特征摘要】
1.一种有限尺寸结构振动响应的计算方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1：根据子系统划分原则，在声学特性改变处，将船壁与船体外板通过连接线耦合形成的多板耦合结构划分为多个子系统，船壁与船体外板两侧的连接线分别为i、j，对应的子系为统ij，i、j＝1、2、3、…、n，n为子系统总数量；步骤2：建立坐标系，对每个子系统建立局部对偶坐标系XYZ以及整个结构的全球坐标系X0Y0Z0；其中对于局部对偶坐标系：沿着子系统ij板的i端，建立长度方向为Xij，板宽度方向为Yij，右手坐标系沿着确定Zij方向的坐标系；沿着子系统ij板的j端，建立长度方向为Xji，板宽度方向为Yji，右手坐标系沿着确定Zji方向的坐标系，Xij与Xji的方向相反，Yij与Yji的方向一致，Zij与Zji的方向相反；步骤3：获取每个子系统的声学参数；步骤4：根据获取的所述声学参数，获取每个子系统各力和位移的对偶分量，根据对偶坐标系下的对偶分量关系，得到内力和位移的关于波动法的统一表达式和波幅系数矩阵displaceij、forceij、其中，displaceij为位移的统一表达式，forceij为内力的统一表达式，为位移的波幅值系数矩阵，为内力的波幅值系数矩阵，从而建立每个子系统的弯曲运动和面内运动的波动解的一般形式；步骤5：根据有限尺寸结构的边界条件，得到每个子系统的任意连接线i处的边界条件的矩阵统一表达式Fi；建立力平衡和位移连续的系统平衡方程，并根据坐标转换矩阵，统一到全局坐标系下，求解振动控制平衡方程displaceij·amplitudeij＝forceij，得到每个子系统在局部坐标系下的未知波幅系数矩阵；其中，amplitudeij表示任意子系统ij的弯曲波和面内波的波幅系数组装成的矩阵；步骤6：将步骤4的位移和力的统一表达式代入步骤5得到振动控制平衡方程，通过收敛性计算，得到未知波幅系数矩阵的解；步骤7：将步骤6得到波幅系数矩阵，回代入步骤4得到结构的振动响应和/或功率流。2.根据权利要求1所述的有限尺寸结构振动响应的计算方法，其特征在于，步骤1中，声学特性改变处包括：点激励、线激励、板属性变化、连接角所在位置。3.根据权利要求1所述的有限尺寸结构振动响应的计算方法，其特征在于，步骤3中，声学参数包括：子系统ij的长宽厚hij、激励的幅值和相位、子系统材料泊松比μij、材料弹性模量Eij、材料剪切因子κij、材料剪切模量Gij以及弯曲刚度Dij＝Eij(hij)3/[12(1-(μij)2)]。4.根据权利要求3所述的有限尺寸结构振动响应的计算方法，其特征在于，步骤4中，任意子系统的弯曲运动位移解Zij：绕X向转角绕Y向转角X向面内运动解Xij：Y向面内运动解Yij：其中，X1ij、X2ij、X3ij、X4ij、X5ij、X6ij是未知的面内波的波...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆琼芳，张苗，邓海华，
申请(专利权)人：武汉海王科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42