基于波传播法的椭圆柱壳自由振动特性研究

基于Flügge壳体理论推导出椭圆柱壳的自由振动方程。由于椭圆柱壳周向曲率的变化,造成振动方程在周向模态阶数域内不解耦,采用波传播法将壳体位移以双Fourier级数形式展开,椭圆截面曲率半径以单Fourier级数形式展开,通过级数变换,将变系数的偏微分方程组转换为关于周向模态阶数相互耦合的有限阶常系数线性方程组,通过求解耦合振动方程得到椭圆柱壳的固有频率。随后对影响壳体固有频率的主要参数进行分析,得到椭圆柱壳对称和反对称模态频率随椭圆度、壳长比等参数的变化规律。     

热冲击作用下轴向运动梁的振动特性研究

研究了两端简支不可移、轴向运动梁在热冲击作用下的横向振动特性,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,采用微分求积法求解了梁的横向振动问题,分析了热冲击和轴向运动效应对梁固有特性的影响。研究发现:热冲击引起的梁的等效热轴力、热弯矩和弹性模量变化三因素中,热轴力对梁固有频率的影响起主导作用,材料的弹性模量变化和热弯矩起次要作用;当热冲击载荷大于或等于梁的临界压力时,达到梁的第一阶失稳模态;热冲击和轴向运动效应都会降低梁的固有频率,它们的联合作用会导致模态之间的耦合现象,使梁更易达到失稳状态。     

微尺度输流管道考虑热效应的流固耦合振动分析

研究热环境中输送微流体的微尺度管道流固耦合振动问题。根据线性热弹性理论建立系统振动控制方程,并利用复模态法对其进行求解,得到了系统的固有频率和屈曲失稳临界流速,讨论了温度变化、微尺度效应及管道壁厚对系统振动特性的影响。研究结果表明：提高环境温度会降低系统的固有频率和临界流速;管道和流体的微尺度效应分别会使临界流速升高和降低,但微流体的这种影响会随着温度的升高而逐渐减弱并最终消失;管壁较薄（外径接近微尺度特征尺寸）时,壁厚的变化对固有频率的影响很大,而管壁较厚时,温度变化对固有频率的影响更为明显。     

弹性约束充液管道的振动模态试验与预报研究

充液管道是舰船主要的辐射噪声源和自噪声源之一,严重影响舰船的战斗力,有必要开展弹性约束充液管道振动模态的试验与预报研究。开展了未充液管道的模态试验,在约束未知的条件下基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现弹性约束的修正,并基于双向流固耦合的有限元法预报充液管道的湿模态振动特性。干湿模态有限元仿真结果与试验结果的固有频率平均误差分别为3.06%和2.47%,最大误差分别在0～6.19%和0～5.30%。振型基本相同,符合良好;充液管道湿模态的固有频率较干模态有明显降低,各阶频率漂移比例基本相同。证明了所用方法对管道干模态的约束修正结果可以应用在湿模态有限元分析中并获得良好的仿真精度。采用的多目标优化方法避免了权重选取困难、目标函数物理意义不明确等问题,能根据实际需要和偏好对修正结果进行灵活选择。为相关工作的开展提供了参考和建议。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

特种输液（汽）管道振动固有特性分析

根据动力学理论将特种输液（汽）管道简化为Euler-Bernoulli梁,根据边界条件及实际工况,应用解析方法解出系统的前3阶固有频率。从结果中发现温度、隔热层和接头边界条件影响特种输液（汽）管道的横向振动固有频率。同时采用ANSYS分析软件建立管道的有限元模型并对其进行模态分析,得到各阶固有频率数值解。将解析方法和数值方法所得固有频率与模态试验结果对应频率值进行对比分析,比较结果表明计算结果同试验测得的频率符合很好。     

基于流固耦合的T型管振动特性分析

针对由流体引发的T型管振动问题,采用基于双向流固耦合的模态分析方法,对流体作用下的T型管模态进行分析;在双向流固耦合基础上分析流体压强,流体速度和流体密度对管道固有频率的影响;通过分析管道在流体作用下的应力和变形情况,对T型管振动剧烈的结合部位进行谐响应分析。研究表明:基于双向流固耦合的模态分析可以较确切地反映内部流体作用下的管道模态;在各因素中,流体压强对管道固有频率影响是最大的;当激励频率为第2阶(800 Hz)和第8阶(1 060 Hz)固有频率时,管道的振动响应分别达到峰值。     

基于非局部理论的压杆稳定性及轴向振动研究

根据非局部弹性理论,研究压杆稳定性和弹性杆件轴向振动问题。结合三种典型边界条件,推导临界压力及固有频率非局部理论解。该显式解表明,无量纲小尺度参数的增大会使临界压力及固有频率减小。由压杆稳定性算例结果显示,非局部临界压力随着压杆长度的增加而减小,当压杆长度接近宏观尺寸时,临界压力趋于稳定。与经典连续介质力学相比,非局部临界压力及固有频率降低,说明经典力学高估小尺度下压杆受压承载能力及结构振动频率,随着压杆长度的增加,经典解与非局部解趋于一致。     

水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献;将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组,分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系;以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明,低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时,仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献;同一周向振动模态下轴向为奇(偶)振动模态组产生的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶(奇)声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。     

水下圆柱壳声辐射有源力控制及机理分析

研究了利用力激励进行水下有限长圆柱壳振动声辐射有源控制问题。考虑流固声振耦合作用,根据圆柱壳辐射声功率在周向相互解耦的特性,推导了次级力源最优强度解析表达式,比较了单个力和多个力有源控制后的降噪效果;利用圆柱壳结构振动模态和声辐射模态的对应关系,分析了圆柱壳声辐射有源力控制的物理机理。研究结果表明:多个次级力更能有效地控制壳体产生声辐射的振动部分而达到控制噪声的目的;水下圆柱壳的前几阶声辐射模态的辐射效率很高,而辐射模态幅度较低,有源控制机理在于降低与结构振动模态对应的声辐射模态幅度,从而有效控制结构振动产生的声辐射。     

弹性螺旋桨纵向激励力特性研究

螺旋桨纵向激励力是引起舰船艉部振动噪声的重要原因之一,对其研究有利于舰船艉部的振动噪声控制。通过面元法耦合有限元法建立螺旋桨双向流固耦合动力学模型,计算P438X系列螺旋桨在不均匀流场下的纵向激励力,研究桨叶弹性、侧斜角等因素对纵向激励力的影响。结果表明：当激励频率小于螺旋桨一阶固有频率一半时,桨叶弹性效应对纵向激励力影响很小,可对其按刚性螺旋桨处理;当激励频率接近螺旋桨一阶固有频率时,桨叶弹性对纵向激励力有显著放大效应;刚性螺旋桨侧斜角越大,纵向激励力越小,然而考虑桨叶弹性后,过大的侧斜角将降低桨叶各阶固有频率,从而恶化纵向激励力。因此需要结合激励频率、桨叶固有频率设计合适的侧斜角。     

偏心柱壳自由振动的级数变换求解方法

由于制造误差或其他特殊方面需求,在实际工程中经常可以见到偏心柱壳。针对此类柱壳的自由振动,提出了一种新的求解方法。根据偏心柱壳截面的几何特性,将偏心圆柱薄壳转化为周向变厚度柱壳。基于Flügge薄壳理论推导出偏心柱壳的自由振动方程,采用波传播的思想将偏心柱壳位移以双Fourier级数形式展开,周向变厚度表示为周向角度坐标的函数,通过三角函数变换将变系数的偏微分方程组转换为周向模态相互耦合的有限阶线性方程组,通过对耦合方程进行求解得到偏心柱壳的固有频率及振型。通过与有限元结果对比验证了所提方法的准确性,同时分析了壳体主要参数对偏心柱壳对称及反对称模态的影响。     

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。     

两端一般支承裂纹管道的动力学特性

研究了两端一般支承输流管道在含有圆周非贯穿裂纹时的动力学特性。在梁模型横向弯曲振动模态函数中加入3次多项式构造出含裂纹梁的模态函数,根据特征方程具体分析了弹性支承刚度、平均流速、裂纹圆周角、裂纹位置等对系统的固有频率特性和失稳临界流速的影响。数值计算结果表明,由于裂纹的存在,管道的固有频率和静态失稳和动态失稳临界流速将发生复杂的变化。     

弹性介质中充液圆柱壳的轴对称振动分析

从理论上分析了各向同性弹性介质中有限长充液圆柱壳的自由振动特性。利用经典FLUGGE壳体运动方程,结合弹性动力学方程,得到了弹性介质中充液圆柱壳耦合系统的特征方程。利用数值方法得到了弹性介质中圆柱壳中空和充液时的实固有频率。计算结果表明弹性介质中圆柱壳的实固有频率比真空中圆柱壳的实固有频率高,而且存在截止轴向模态。弹性介质刚度不仅对充液圆柱壳的实固有频率影响显著,而且影响其截止轴向模态。     

流体诱导弹性管束振动响应数值分析

基于流固耦合问题的弱耦合法,研究弹性管束不同流速的壳程或/和管程流体诱导下的振动响应。研究表明,流体诱导振动幅值随壳程或/和管程流速的增加而增加。与相同管程流速条件相比,壳程流体引起的振幅较大。随壳程流速增加监测点振动频率增加;随管程流速增加监测点振动频率基本不变。壳、管程流体耦合诱导的振动位移曲线与仅壳程流体诱导的振动位移曲线类似,说明弹性管束工作过程中的振动主要由壳程流体诱导。流体诱导的振动频率接近管束第一阶固有频率时,监测点在y、z方向振幅逐渐趋于峰值。流体诱导弹性管束的振动主要表现为面内振动。     

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。     

SMA纤维混杂复合材料箱型薄壁悬臂梁的固有频率

研究SMA纤维驱动下的复合材料箱型薄壁悬臂梁的固有振动频率特性。根据作者提出的SMA主动纤维复合材料箱型悬臂梁的横截面二维分析模型,采用Hamilton原理导出具有拉伸-扭转-弯曲变形耦合的梁的自由振动偏微分方程组。由上述一般的弹性耦合振动方程出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置等特殊情形,并且给出拉伸-扭转耦合、弯曲-扭转耦合固有振动频率的精确解。通过数值计算,分析了SMA纤维在激活状态下对复合材料箱型薄壁悬臂梁固有频率的影响机理。     

偏心圆柱薄壳输入功率流特性研究

根据偏心圆柱薄壳截面的几何特性,将偏心圆柱薄壳问题转化为周向变厚度圆柱壳问题。基于Flügge薄壳理论推导出偏心圆柱薄壳的受迫振动方程,采用波传播的思想将偏心柱壳位移以双Fourier级数形式展开,周向变厚度表示为周向角度坐标的函数,通过三角函数变换将变系数的偏微分方程组转换为周向模态阶数相互耦合的有限阶线性方程组,通过对耦合方程进行求解得到偏心柱壳的位移响应,进而计算壳体的输入功率流。通过与文献及FEM结果进行对比,验证了所建立的偏心柱壳振动理论模型及计算方法的准确性。同时,详细计算并分析了激励力位置、偏心率、壳体厚度和材料阻尼等参数对偏心柱壳输入功率流的影响。     

滚振试验台液压管道系统的振动特性分析

液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分,在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此,基于单向和双向流固耦合的模态分析方法,采用k-ε 的湍流模型,对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型;在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明：单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率,相差率达2 %～10 %,相同阶次下的振型形态基本一致;流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大,在一定的压强范围内,管道的固有频率随着流体的压强增加而增加,流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。