考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析

尤天庆，王 聪，曹 伟，魏英杰，何春涛

(哈尔滨工业大学 航天学院，哈尔滨 150001)

水下发射航行体在出水过程中，力学环境恶劣且复杂。例如，出水过程空泡溃灭会形成较大的载荷［1］。不仅如此，该过程航行体自身的结构动力学特性变化也使得该问题更为复杂。

航行体在水下航行及出水过程中，由于周围水的密度相对于航行体结构不可忽略［2］。航行体与周围流体相互作用，形成流固耦合动力学系统。并且，在出水过程中，随着沾湿表面的变化，结构动力学特性也不断发生变化［3，4］。

此外，航行体通常由多个舱段组合而成。盘式连接结构广泛应用于各舱段的分离面［5］。这种连接方式给连接刚度带来了不确定因素［6］。连接一般都存在一定的缝隙，航行体在运行过程中受各种载荷作用，使连接处的间隙发生变化，从而影响连接刚度和动态特性。这些连接刚度特性从本质上而言是非线性的［7］。

航行体出水过程中的结构动力学影响因素众多而复杂。本文在考虑出水过程中时变流固耦合效应及舱段连接处接触非线性影响的情况下，将航行体简化为自由－自由边界的Timoshenko梁［8－9］。在此基础上编写有限元程序，分析了结构在横向载荷作用下的系统固有频率变化及其动力学响应。对系统的基频分析表明，出水过程的流固耦合效应及分离面的接触非线性分别以不同形式影响了结构的固有频率。响应分析表明，由于分离面的刚度非线性，结构在横向载荷作用下，存在一定程度的轴向力响应。……