预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

胡会朋，卢丙举，秦丽萍

(中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450000)

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

胡会朋，卢丙举，秦丽萍

(中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450000)

对于水下结构，流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面。为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度，本文首先计算某水下壳体在空气中的模态，然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响，最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态。计算结果表明：流固耦合效应占主导因素，但随着壳体工作水深（预应力）的增大，预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著。因而，在开展水下结构动力学设计时，不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响，还应关注结构实际工作环境下的应力状态，分析其对结构固有频率的影响。

模态分析；湿模态；声固耦合；预应力效应；流固耦合

0 引 言

模态分析对结构动态力学性能设计具有十分重要的意义。一般来说由于空气对结构模态影响很小，处于空气中的结构模态分析可以不用考虑空气的影响，称之为结构的模态或干模态[1]。但有些结构，如盛液容器、水下航行器、水下管路等，流体对结构模态影响显著[2–3]，模态计算必须考虑流体的影响，此时湿模态才是结构振动特性的真实表征。水下结构模态试验研究相对程序复杂，效率低，对有些大型结构来说，试验成本过高，因此水下结构模态的数值计算一直是研究重点。……