矩形壳液耦合系统中重力波现象研究

论文摘要

流固耦合问题广泛存在于工程实际中,有很强的实用价值,中外学者也做了很多的研究,但是对于矩形弹性壳液耦合系统方面的研究却很少。本文围绕矩形弹性壳液耦合系统中的大幅低频重力波问题,进行了实验观测和理论研究。1.介绍流固耦合问题的研究意义、工程应用和求解方法,对流固耦合问题的研究现状进行了分析。2.根据流体力学和弹性力学的有关知识,结合系统的边界条件,得到速度势Φ的通解,建立了较为合理的耦合系统的非线性振动方程组。3.采用Runge-Kutta法和多尺度法对一阶壳液耦合系统进行了数值求解和解析求解,得到壳体和液体的时间历程曲线和幅频曲线,分析了系统的动力特性,从理论上解释了高频激励产生低频大幅重力波的机理。4.对矩形弹性壳液耦合系统进行了模态实验分析,给出四阶振型和模态参数及液体的若干阶模态频率;研究了液体深度与模态频率的关系。运用有限元ANSYS程序对壳体的模态进行了计算分析,得到的结果与实验结果相同。5.对矩形弹性壳液耦合系统中的重力波进行了实验研究,观察到不同激振频率和激振力时系统中的大幅低频重力波,研究了液体粘度对产生重力波的影响,对解决工程实际问题有一定的指导意义。6.运用图像处理技术,根据实验的测试对象,采用傅立叶变换莫尔法,计算得到两种不同重力波的三维外形,实验结果与理论计算结果基本吻合。它为大变形液体3-D形态测量提供了一种手段。总之,对矩形弹性壳液耦合系统的建模和分析,在理论上解释了低频大幅重力波的产生机理,在实验中充分验证了理论计算的可靠性,这些对以后矩形弹性壳液耦合系统的研究有重要的参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 流固耦合问题研究的意义
• 1.2 流固耦合问题在工程中的应用
• 1.3 流固耦合问题的一般求解方法
• 1.4 流固耦合问题的研究现状
• 1.5 云纹干涉实验技术
• 1.6 本文所做的工作
• 第二章 矩形弹性壳液耦合系统非线性振动方程组的建立
• 2.1 系统的物理模型
• 2.2 流体运动方程的建立
• 2.3 速度势Φ的求解与确定
• 2.3.1 第一个方程组求解
• 2.3.2 第二个方程组求解
• 2.3.3 矩形容器中的重力波
• 2.4 壳体运动方程的建立
• 2.5 本章小结
• 第三章 解析解与数值解
• 3.1 非线性微分方程组的解析解
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 多尺度法简介
• 3.1.3 用多尺度法求解壳液耦合系统的非线性方程组
• 3.1.4 理论分析结果
• 3.2 非线性微分方程组的数值解法
• 3.2.1 数值解法概述
• 3.2.2 幅频曲线的计算方法
• 3.2.3 数值计算结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 矩形弹性壳液耦合系统的模态实验分析
• 4.1 引言
• 4.2 模态分析实验原理
• 4.3 壳液耦合实验系统
• 4.4 模态分析测试系统
• 4.5 测试过程及结果分析
• 4.5.1 模态实验与有限元分析
• 4.5.2 水的深度对系统频率的影响
• 4.5.3 水的模态实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 矩形弹性壳液耦合系统的低频大幅重力波实验
• 5.1 引言
• 5.2 试件描述
• 5.3 测试系统
• 5.4 测试过程及结果分析
• 5.4.1 对水的实验
• 5.4.2 加入奶粉的实验
• 5.4.3 液体的粘度对重力波的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 FTP法测量重力波表面实验
• 6.1 前言
• 6.2 液体三维形态测量可以采用的方法及其几何算法
• 6.2.1 阴影云纹法
• 6.2.2 投影云纹法
• 6.2.3 折射云纹法
• 6.3 傅立叶变换莫尔法
• 6.3.1 傅立叶变换莫尔法计算方法
• 6.3.2 傅立叶变换莫尔法的适用范围
• 6.4 图像处理中所应用的技术
• 6.4.1 中值滤波
• 6.4.2 傅立叶变换和离散傅立叶变换
• 6.4.3 频域处理
• 6.5 测量、处理过程及结果分析
• 6.5.1 第一个重力波波形
• 6.5.2 第二个重力波波形
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 本文所做的工作及意义
• 7.2 理论与实验结果比较
• 7.3 今后需要做的工作
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 参考文献
• 致谢