Введение к работе
Актуальность темы. 3 различных областях современной техники широкое применение находят технические средства, основным элементом которых являются конструкции, работящие в акустической среде и подвергающиеся действию динамических нагрузок. Развитие и дальнейшее совершенствование этих технических средств требует детального исследования нестационарного взаимодействия элементов упругих конструкций с жидкостью. Задачи подобного рода возникают при изучении импульсного воздействия нагрузки на упругие тела в жидкости, при анализе взаимодействия конструкций с волнами давления, распространяющимися в среде, при изучении переходных режимов колебаний.
Развитии методов решения задач нестационарной гидроупругости посвятили свои работы Л.Я.Айнола, Б^Бергер, А.<1Воль-мир, Н.Д.Векслер, Е.Я.Вороненок, А.Г.Горшков, Э.И.Грнголюк, А.Н.Гузь, В.Г.Гринченко, Б.В.Замьшляев, В.Д.Кубенко, В.ВгМе- лешко, Л.Я.Метсавээр, Е.Н.Мнев, У.К.Нигул, А.К.Перцев, «ШЕЬа-тонов, В.Б.Поручиков, В.М.Сеймов, Л.И.Слепян, ХДузнг, Е.И.Шемякин, Е.Л.Шендеров, D.C.Яковлев и другие авторы.
Потребности техники привели к тому, что исследователей интересовали прежде всего вопросы прочности самих конструкций. Для определения максЪ*альныхсмещений и реакций оправданным оказывается использование приближенных подходов как. для учета влияния среды, так и для описания упругого элемента системы. В то же время значительный интерес представляет исследование излучения акустических волн конструкциями при . динамическом воздействии. Излучаемые волны являются носителями информации о характере нагружения, геометрических и физических параметрах конструкции. Исследование полей давления в жидкости требует одновременного определения нагрузок, передаваемых системе со "стороны внешней среды, и изучения деформаций упругих элементов, для чего необходимо строгое описание волновых процессов, протекающих в системе, на основе решения связанных задач гидроупругости.
При решении задач нестационарной гидроупругости элементов конструкций используются как аналитические, так и численные методы. Среди аналитических широкое применение нашли методы, использующие интегральные преобразования. К достоин-
ству этих методов следует отнести сравнительную простоту получения решения в области изображений, однако переход к оригиналам представляет значительную трудность. При расчете конструкций, встречающихся в технике, используются приблиіленнне либо численные методы,Для понимания динамики процессов, протекающих в сложных системах, взаимодействующих с *идкостью, ванным представляется построение точных и асимптотических решений модельных задач. Зто позволяет, с одной стороны, выявить основные, наиболее общие, закономерности взаимодействия, а с другой, при рассмотрении составных конструкций,' оценивать эффективность приближенных и численных методов и отдавать предпочтение тем или иным из них в зависимости от того, какой аспект взаимодействия требуется исследовать.
В целом koisho заключить, что излучение нестационарных волн в гидроупругости изучено недостаточно и исследования в этом направлении являются актуальными.
Цолъ работы. Исследование полей давления, формирующихся при излучении акустических волн упругой конструкцией, под-взргащейся действию нестационарной силовой нагрузки, получение количественных оценок в конкретных модельных задачах, анализ влияния различных параметров упругого элемента на характер излучения и возможности использования упрощенных моделей для описания упругой конструкции.
Научная новизна содержится в следующих результатах работы:
получены точные решения плоской задачи гидроупругости об излучении при нестационарном силовом воздействии на бесконечные мембрану и пластину, контактирующие с идеальной сжимаемой «едкостью;
построены асимптотики дальнего поля для системы "мембрана-жидкость" и "пластина-яидкость", установлены границы их применимости, выявлен физический смысл полученных асимптотик;
проанализирована волновая картина в системе "мембрана-жидкость" и "пластина-жидкость", проведена оценка влияния параметров упругого элемента на характер излучения, установлены условия применимости приближенных моделей упругого элемента;
на основе метода конечных разностей разработаны алгоритмы л программы и проведены численные расчеты для пластины
конечных размеров и составной упругой конструкции, взаимодействующих с жидкостью.
Достоверность полученных результатов обеспечивается строгой (б рамках принятой модели идеальной сжимаемой жидкости и допущений теории пластин) постановкой задачи, обоснованностью применяемых математических методов решения, совпадением результатов, полученных разнили методами, а также согласованностью их с выводами других авторов.
Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертации дал пластин (фундаментальные решения) могут быть использованы при исследовании более сложных конструкций, взаимодействующих с жидкостью, для оценки эффективности применяемых приближенных или численных методов. Получены простые асимптотические формулы, которые могут быть использованы для оценки давления излучения в дальнем поле. Алгоритмы и программы на основе метода конечных разностей, разработанные для пластин конечных размеров, могут быть непосредственно использованы для расчета динамики составных гидроупругих систем. Программный комплекс, созданный на основе разработанных алгоритмов, внедрен в НПО "Океанприбор".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном совещании-семинаре АН СССР "Колебания и излучение механических структур" (октябрь, 1991, Репино), на семинаре "Механика" под руководством проф.А.П.Филина Санкт-Петербургского Морского технического университета (сентябрь, 1992, Санкт-Петербург), на семинаре секции математического моделирования акустических процессов Восточноевропейской акустической ассоциации под руководством проф. Д.П.Коуэова (октябрь, 1992, Санкт-Петербург). Отдельные положения работы обсуждались также на конференции профессорско-преподавательского состава Ленинградского кораблестроительного института (февраль, 1990, Ленинград).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы статьи /І/-/3/.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, заключения, списка литературы (159 наименований) и содержит 162 страницы, в том числе 121 страницу машинописного текста, 77 рисунков.