基于激光旋转扫描的约束态薄壁圆柱壳模态振型测试新方法

针对传统采用实验模态分析理论辨识模态振型测试效率低的问题,提出基于单点激光旋转扫描的测试约束态圆柱壳模态振型新方法。在明确基本测试原理基础上组建激光旋转扫描测试圆柱壳模态振型实验系统,提出基于激光旋转扫描测试约束态模态振型试验流程,并对判定圆柱壳共振及由响应数据获得圆柱壳模态振型等关键技术进行详述。通过实例验证结果表明,该方法可快速准确获得薄壁圆柱壳的模态振型、极大提高空间测试分辨率、高效测试圆柱壳结构各点振动响应,具有一定工程应用价值。     

辛对偶体系下薄壁圆柱壳强迫振动响应分析

在辛对偶体系下,采用波传播分析方法研究了薄壁圆柱壳在简谐外力作用下的强迫振动响应。首先,通过Hamilton函数将薄壁圆柱壳的振动问题导入辛对偶体系;然后,通过求解辛本征问题建立了具有共轭辛正交性质的波形矩阵,并将物理空间中的问题转换到波形空间中进行描述;最后,结合外力作用处和边界处的位移和内力协调关系,以及圆柱壳轴向的波传播关系,得到圆柱壳任意位置处的波幅表达式。与振型叠加法相比,此方法对高频振动问题具有更高的计算精度和效率。另外,此方法可方便地处理复杂边界条件。算例考虑了不同边界条件的情况,与振型叠加法或NASTRAN的结果进行比较,验证了此方法的有效性。     

几何参数对旋转薄壁圆柱壳振动特性的影响

摘 要: 本文基于Love壳体理论对旋转薄壁圆柱壳的自由振动特性进行分析,讨论几何参数对圆柱壳振动特性的影响。针对五种边界条件,分别分析厚度与半径之比、半径与长度之比对旋转薄壁圆柱壳固有频率特性的影响;探讨半径与长度之比对系统振型比的影响。分析结果表明：圆柱壳固有频率随着厚度与半径之比的增加而单调增加,增加幅度较小。半径与长度之比对圆柱壳固有频率与振型比的影响显著,且随其增大固有频率及振型比均不单调变化。由此可知,细长圆柱壳的振动特性与短粗圆柱壳的振动特性差异显著,研究结果为圆柱壳的动力学分析提供理论依据。     

叠层复合材料圆柱壳的细-宏观阻尼特性预测

研究了叠层复合材料圆柱壳的细-宏观阻尼特性。基于Reissner-Naghdi薄壳理论,给出了圆柱壳的振动微分方程,在分量变量的过程中,采用Haar小波级数表示轴向振型,Fourier级数表示环向振型,通过边界条件求解积分过程中出现的未知系数,进而得到用于分析圆柱壳自由振动特性的特征方程;基于单层混杂材料的细观力学阻尼计算方法和多胞模型,分别获得单层复合材料的等效阻尼特性和等效弹性特性,利用复模量法对复合材料圆柱壳的阻尼特性进行预测。通过与其他文献中阻尼预测的结果进行对比,验证了该研究所采用方法的有效性;进一步针对四种典型的边界条件,即固支-固支(C-C)、固支-简支(C-S)、简支-简支(S-S)、固支-自由(C-F)等边界,从细-宏观层面分析了纤维含量、环向波数、铺层方式和几何参数等因素对复合材料圆柱壳阻尼特性的影响规律。     

受约束的弹性厚圆柱壳的振动

本文提出了一个一般解析法,它可对具有任何类型齐次边界条件的受约束的弹性厚圆柱壳的轴对称振动特性进行定值计算。轴向模态位移用福里哀级数表示,通过直接解法获得解析解。文中给出了频率的数值结果,对由改进理论和经典理论所预示的结果进行了比较。本文的方法也可以推广用于分析受约束的弹性厚圆柱壳的非轴对称振动。     

圆柱壳结构受迫振动特性分析

利用半解析法研究了圆柱壳的振动特性。基于区域能量分解法和Reissner-Naghdi’s线性薄壳理论,将柱壳在沿壳体的母线方向将其分解为若干子壳段,并推导出适合一般边界条件下圆柱壳的求解模型。其中,柱壳结构的位移函数采用Chebyshev行列式和傅里叶级数进行展开,并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性。对柱壳结构进行受迫振动特性分析,并通过与有限元仿真计算结果对比验证了该方法的正确性,研究了边界条件和结构参数的改变对圆柱壳受迫振动特性的影响。     

基于半解析法的圆柱壳结构自由振动特性分析

基于Reissner-Naghdi’s线性薄壳理论和区域能量分解法,将圆柱壳沿周向分解为若干壳段,用Chebyshev多项式和傅里叶级数表示壳段的位移函数,并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性,建立边界条件参数来模拟不同边界条件,采用变分原理得到圆柱壳结构的振动模态。在此基础上,对最小二乘加权参数的收敛性进行了分析,并通过大量的有限元仿真计算验证了该方法的有效性,并对一般边界条件下柱壳结构自由振动特性进行了分析,研究成果可为一般边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。     

浸没的圆柱壳在冲击波作用下动响应的Galerkin解法

研究了无粘、无旋和不可压缩流体中两端简支圆柱壳在给定冲击波作用下的动响应。圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用，通过将冲击波压力分布函数表示为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数有限项形式，并利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行数值求解，得到了圆柱壳在冲击波作用下的位移响应特性     

典型边界条件下任意截面纵肋加筋圆柱壳固有特性计算与分析EI北大核心CSCD

针对纵向加肋圆柱壳自由振动问题,考虑结构边界条件的复杂性和纵肋截面的任意性,在壳体两端引入连续可变的弹性约束,推导任意截面纵肋剪切中心与圆柱壳中面位移协调关系,并利用Gram⁃Schmidt正交法构造的级数表示壳体轴向振型函数。采用Novozhilov壳体理论,计及壳体和纵肋能量泛函中各向平移与转动惯性项贡献,基于Rayleigh⁃Ritz法得到结构自由振动的特征方程表达式,建立纵向加肋圆柱壳自由振动的统一动力学分析模型。调整约束弹簧刚度等效不同边界条件,应用该模型探究了相应边界下肋条附加位置、肋条数量和肋条偏心距对纵向加肋圆柱壳固有频率的影响。研究表明:在一定周向波数范围内,外部加肋和内部加肋圆柱壳固有频率之差的绝对值与周向波数n的变化呈正相关;增加肋条数量会降低内部加肋圆柱壳的固有频率;增大肋条偏心距会降低内部加肋圆柱壳固有频率,且偏心距与肋条数量对固有频率的影响会产生叠加效应。研究结果与验证了所提的统一动力学分析模型的精确性和有效性。     

航空发动机鼓筒连续扫描模态测试方法研究

针对航空发动机鼓筒等薄壁圆柱壳型结构,以薄壁圆柱壳为例,基于LabVIEW测试平台、利用非接触式电磁激振器搭建了模态参数测试实验台,并对实验台校准时的各个自由度偏差进行误差分析,给出灵敏度指数指导实验台校准。基于扫频信号包络线法辨识圆柱壳的固有频率,避免能量泄漏,提高辨识精度;基于共振响应辨识模态振型,利用激光旋转扫描测试,提高模态振型测试效率,并研究不同转速下的测试精度。将测试结果与LMS模态分析软件所测结果进行对比,结果表明,利用文中的测试方法得到的模态参数更为准确,具有一定的工程应用价值。     

复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析

提出一种半解析法来分析圆柱壳结构自由振动特性。将圆柱壳壳结构在轴向方向分解为若干壳段,用沿轴向的Jacobi多项式和沿周向的Fourie r级数来表示各个壳段的位移函数,并采用罚参数法对圆柱壳结构的边界条件和壳段间的连续性条件进行模拟;最后,基于Rayleigh-Ritz法求得圆柱壳结构的自由振动频率。研究表明,该方法具有较好的收敛性,与公开发表文献一致性较高,研究成果可为复杂边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。     

弹性圆柱壳结构振动有源控制理论分析

以两端为简支边界条件的弹性圆柱壳为研究对象,基于Donnell—Mushtari的壳理论分析了圆柱壳自由振动固有频率和结构模态,应用模态叠加方法得出圆柱壳在简谐点力激励下的响应。采用不同控制策略,对圆柱壳结构振动进行有源控制,并结合二次最优理论建立圆柱壳振动有源控制理论模型,得出不同控制策略下的最优次级力。基于所建模型进行计算机仿真,对两种控制策略下圆柱壳结构振动有源控制进行比较分析,所得结论对圆柱壳结构有源控制相关研究具有参考意义。     

An analytical method for thermal stresses of a functionally graded material cylindrical shell under a thermal shock

In this paper, the thermal stresses of a thin functionally graded material (FGM) cylindrical shell subjected to a thermal shock are studied. An analytical method is developed. The studied problem for an FGM cylindrical shell is reduced to a plane problem. A perturbation method is used to solve the thermal diffusion equation for FGMs with general thermal properties. Then, the transient thermal stresses are obtained. The results show that the thermal shock is much easier to result in failure than the steady thermal loading. The present method can also be used to solve the crack problem of an FGM cylindrical shell with general thermal properties.     

约束层阻尼圆柱壳动力学分析

采用分布参数传递函数方法对约束层阻尼(CLD)圆柱壳进行了动力学分析。基于Donnell薄壳简化理论,利用Hamilton原理推导了CLD圆柱壳运动方程与边界条件。在进行了三角级数展开和Laplace变换后,引入状态向量,建立了系统的状态空间方程,并利用分布参数传递函数方法进行求解。在数值算例中得到了对边固支CLD圆柱壳的固有频率、损耗因子和频响曲线。计算结果表明该方法具有计算精度高、计算量小、便于考虑阻尼层粘弹性材料频变剪切模量等优点。     

加筋圆柱壳的振动特性分析

以一种半解析法为基础 ,分别独立地建立圆柱壳和加强筋的线性方程组。考虑到圆柱壳和加强筋连接界面上的应力和位移的连续性 ,联立圆柱壳和加强筋的方程 ;从而得到全结构的方程组 ,并获得求解固有频率的特征方程和振型方程。此方法主要优点是 :结构的转动惯性、剪切变形等因素都得到了考虑 ,而且不限制结构的圆柱壳厚度和加强筋的高度。本文的方法很容易被推广到加筋的复合材料或加筋的压电材料层合壳等问题。     

Static and free vibration analyses of continuously graded fiber-reinforced cylindrical shells using generalized power-law distribution

In this study, based on the three-dimensional theory of elasticity, static and free vibration characteristics of continuously graded fiber-reinforced (CGFR) cylindrical shells are considered by making use of a generalized power-law distribution. In the present formulation, the cylindrical shell is assumed to be made of an orthotropic material. The CGFR cylindrical shells have a smooth variation of matrix volume fraction in the radial direction. Symmetric and asymmetric volume fraction profiles are presented in this paper. Suitable displacement functions that identically satisfy the boundary conditions at the simply supported edges are used to reduce the equilibrium equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients, which can be solved by a generalized differential quadrature method. The fast rate of convergence of the method is demonstrated, and comparison studies are carried out to establish its very high accuracy and versatility. The main contribution of this work is to illustrate useful results for a cylindrical shell continuously graded fiber reinforced in the radial direction. Finally, these results are compared with a similar discrete laminated composite cylindrical shell.     

单层柱面网壳结构的找形

该文研究刚性网壳结构的合理找形问题,将柔性结构中广泛应用的找形概念引入刚性结构,提出基于力密度法的单层柱面网壳结构的找形方法。通过在找形过程中引入自重,解决了高斯曲率为零的柱面网壳的找形问题,且通过合理找形可基本消除自重引起的弯矩和剪力。找形得到的网壳结构与传统柱面网壳在曲面外形上比较相近,但可大幅度提高单层柱面网壳结构的承载能力。该文提出的找形方法效率高、收敛性好,为单层柱面网壳结构的设计开拓了新的方法和思路。     

带有弹簧-质量-圆柱壳耦合结构自由振动分析

采用子结构导纳法研究了简支边界条件下带有多根弹簧-集中质量-圆柱壳耦合结构的自由振动。根据已有结果,通过求解多根弹簧等效刚度的推导思路,采用柔度法得到各子结构矩阵元素的柔度系数,进而求得集中质量带有多根弹簧的圆柱壳耦合结构自振频率及模态理论公式,并与已有文献结果作对比,证明了本文理论推导的正确性。应用本文理论方法进一步求解了集中质量带有三根弹簧圆柱壳耦合结构的自振频率及振型,并与建立的ANSYS有限元模型分析结果作对比,二者结果误差很小,可以忽略,再次验证本文理论的合理性及正确性。     

板壳结构振动特性的等效机械导纳法

针对线衔接下耦合结构振动传递难以求解的问题,提出具有普遍意义的等效机械导纳方法。以铺板与圆柱壳线衔接结构模型为研究对象,计算各结构的平均振动响应,并与实验结果进行对比,理论计算与实验测试结果一致性良好。研究表明：提出的等效机械导纳法能够有效地计算板壳耦合结构的振动响应特性,且求解过程简单,适于复杂耦合系统振动分析。