弹性薄板动力学相似模型的设计与实验研究

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弹性薄板是一种最重要的构件形式,在工程中得到广泛应用。在其相应的设计、应用过程中,构件的振动特性显得尤为重要。如果能利用相似理论设计出试验模型,采用物理模拟的实验方法来预测原型结构的振动特性(固有频率、振型,以及质量、刚度、阻尼和负载对其的影响等)或再现原型结构的故障特征,不但可以用最经济和最短的周期来进行研究,还可以使本来无法做试验的研究对象成为可能。  相似模型的设计是以相似理论为基础,使试验模型与原型结构物理学相似,满足几何相似、运动相似和动力学相似。本文以弹性薄板为研究对象,基于模型试验的基本相似理论,针对构件试验模型的相似设计准则和畸变修正的方法等问题展开研究。本文主要研究内容包括以下几个方面:  (1)选取可以视为弹性薄板的一类叶片为研究对象,针对其结构特点,将其化简成悬臂薄板。利用悬臂薄板振动理论,推导出静频、动频的计算方法。进而,根据方程分析法对所得方程进行推演,得出关于弹性薄板的相似关系式。  (2)以量纲分析理论为基础,通过对悬臂薄板模态分析中所涉及的各个物理量的量纲进行整理、分析和推演,得出薄板的动力学相似关系。并与采用方程分析法推导的薄板相似关系进行对比。  (3)根据相似三定理,针对畸变的构件模型特点,提出薄板畸变模型修正的方法。以薄板的宽度畸变为例,利用求取平均数的近似方法,对其受影响的阶次频率进行修正。利用二次相似,将薄板的长度畸变转化成宽度畸变进行修正。并利用集中质量法修正某些特定的阶次频率。  (4)采用ANSYS有限元软件,对薄板的相似关系、修正方法进行仿真计算验证。最后辅以模型实验对以上内容加以验证。模型实验中涉及完全几何相似关系验证、厚度畸变相似关系验证、材料畸变相似关系验证和宽度畸变修正相似关系验证。  本文针对弹性薄板的基本相似设计问题进行了相对较为详尽的研究。涵盖了薄板模型试验中基本相似设计准则、畸变修正方法和实验方法,对弹性薄板的模型试验方法提供了基本理论参考,具有重要意义。
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