基于虛擬約束邊界模態(tài)的船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)求解方法研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展，海洋資源需求不斷提高，作為資源開采與運輸?shù)拇耙蚕虼笮突l(fā)展，同時其所承受的動態(tài)載荷也變得復雜化，那么計算分析這類復雜結(jié)構(gòu)的動力學響應(yīng)問題也變得較為困難，因此，如何快速準確地實現(xiàn)船舶這類大型復雜結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性預報與分析也就變得越來越重要。
　　本文以船舶領(lǐng)域內(nèi)常見的“設(shè)備-基座-船體”耦合振動問題、運動設(shè)備對船體結(jié)構(gòu)位移邊界激勵問題及艦船復雜結(jié)構(gòu)在隨機激勵載荷作用下動態(tài)響應(yīng)問題為工程背景，基于虛擬約束邊界模態(tài)

2、理論，建立上述問題的理論分析模型，提出一種基于虛擬約束邊界模態(tài)的艦船結(jié)構(gòu)在確定及隨機載荷作用下響應(yīng)的精確求解方法，并利用數(shù)值仿真手段驗證本文方法的有效性。本文旨在為快速準確地預報分析大型復雜艦船結(jié)構(gòu)動力學性能提供一種簡單有效的數(shù)值方法。主要的工作安排如下：
　　首先提出一種基于虛擬約束邊界模態(tài)的復雜結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)精確求解方法。利用虛擬約束邊界模態(tài)理論，將子結(jié)構(gòu)位移完備集寫成虛擬約束邊界模態(tài)集加上靜力約束模態(tài)的形式，通過對固定邊界子結(jié)

3、構(gòu)動柔度矩陣進行級數(shù)展開，將高階截斷模態(tài)的影響寫成精確剩余約束模態(tài)的形式，得到通過低階模態(tài)與精確剩余約束模態(tài)來表示子結(jié)構(gòu)位移的精確表達式，結(jié)合界面協(xié)調(diào)關(guān)系綜合得到整體結(jié)構(gòu)的精確響應(yīng)；并通過加筋板架數(shù)值算例驗證該方法的有效性。
　　針對目前設(shè)備、基座與船體耦合振動響應(yīng)工程問題，建立基于虛擬約束邊界模態(tài)的“設(shè)備-基座-船體”耦合振動模型，提出了一種求解該問題的新方法—虛擬約束邊界模態(tài)法。在此基礎(chǔ)上，利用該方法的簡便性，系統(tǒng)研究了基座阻

4、尼、厚度、高度、形式及材料等參數(shù)對船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。
　　針對運動設(shè)備對船體結(jié)構(gòu)的位移邊界激勵的工程問題，建立基于虛擬約束邊界模態(tài)的理論分析模型；通過將船體截斷模型內(nèi)部自由度影響化為虛擬約束界面模態(tài)有效質(zhì)量形式，施加于船體局部考查結(jié)構(gòu)邊界界面自由度上，建立船體局部結(jié)構(gòu)動力學方程，解之得到運動設(shè)備對船體結(jié)構(gòu)的位移邊界激勵；然后通過數(shù)值算例驗證該法的有效性及分析問題的準確性。
　　最后，針對艦船大型復雜結(jié)構(gòu)在受到隨機載荷作用下