载荷脉宽对圆柱壳瞬态响应的影响分析

为认识载荷脉宽对圆柱壳瞬态响应及其对X射线冲击响应模拟等效性的影响规律,定义了等效性评价指标即平均应变差异。以四种不同尺寸的典型圆柱壳为对象,分别加载六种冲量相同、脉宽不同的三角形脉冲载荷,通过数值模拟,获得了平均应变差异Δε随脉宽变化的关系,从结构特性角度分析了变化的原因。发现Δε主要受t/τ(脉宽占比)控制,t/τ≤0.45时,平均应变差异在20%以内。所得结果可为模拟X射线冲击环境的试验设计、结果评估和数值模拟提供参考。     

冲击载荷作用下金属圆柱壳能量吸收研究

对Singace叠缩模型进行了修正,选用Johnson-Cook本构方程,研究冲击载荷的应变强化效应、应变率强化效应和温度效应下圆柱壳的吸能情况,利用分步叠缩的方法计算得到金属圆柱壳在冲击载荷作用下所吸收的能量值、温度的增加值和瞬时载荷-位移曲线,分析了圆柱壳的半径和厚度以及叠缩速度和能量吸收之间的关系     

复合材料层合圆柱壳的动力响应与层间应力

采用分层壳理论和厚度方向的二次插值函数推导出正交铺设层合圆柱壳的动力响应方程,并得出简支层合圆柱壳自由振动问题的解。对于给定算例,计算出的自振频率与三维分析的结果吻合良好,说明所推导的二维解具有足够精度。计算了前四阶模态对应的壳中应力。计算结果说明,对于高阶模态,层间应力相对于面内应力的比值远高于低阶模态的对应比值,高的层间正应力是高阶模态导致脱层破坏的主要原因。     

非轴对称多元载荷条件下管道中纵向模态导波激励

轴对称载荷是管道中轴对称模态导波激励的有效方法。然而,受换能器安装误差等因素的影响,激励载荷多会变为非轴对称载荷,进而使激励出的导波模态变得复杂。对非轴对称多元载荷条件下纵向模态导波的激励问题进行了深入研究。考虑两种典型的非轴对称载荷,采用简正模态展开技术,建立了导波激励声场与边界载荷的量化关系,进而分析了各模态导波的产生机理及载荷阵列对纵向导波激励的影响。采用有限元数值模拟验证了理论预测结果。考虑实际管道检测中出现的非轴对称载荷,提出了一种载荷补偿策略并进行了实验验证。结果表明,该方法能够有效抑制弯曲模态导波的产生,同时也有助于改善导波信号的噪声水平。     

轴向冲击载荷下有限长圆柱壳的动态屈曲研究

本文总结了许多学者的经验和理论,应用屈曲理论,将弹性屈曲和动力屈曲作为重点。主要讨论了弹性结构一端受轴向冲击载荷作用下的动态屈曲问题,应用应力波传播理论讨论无限长圆柱壳的动态屈曲,以及在有限长情况下应用应力波传播和反射理论研究有限长圆柱壳的屈曲问题。     

轴向冲击载荷下圆柱壳的塑性动力屈曲

对于轴向冲击载荷下圆柱壳的轴对称塑性动力屈曲问题。将临界应力和屈曲惯性项指数参数作为双特征参数求解．由相邻平衡准则导出失稳控制方程、边界条件和波阵面上的连续条件．由失稳瞬间的能量转换和守恒准则，导出波阵面上的一个屈曲变形约束方程．由此得出定量求解2个特征参数和动力屈曲模态的完备定解条件．关于屈曲应力和屈曲波数的理论计算结果与已有实验吻合良好．     

求解圆柱壳稳态谐响应的微分求积单元法

本文以Donnell经典壳体振动微分方程为基础,研究微分求积单元法(DQEM)在圆柱壳稳态谐响应计算中的应用。研究结果表明：微分求积单元法可较为方便的处理多种边界条件;与有限元法相比,微分求积单元法直接面向问题的微分方程,可用较少的节点获得较高的计算精度,计算效率较高。本文结果可为微分求积单元法在结构动力响应问题求解中的应用提供参考。     

波传播法求解低频激励下水中加端板圆柱壳的振动

采用波传播法研究了低频下水中壳体的振动与响应。水中壳体由有限长加流体载荷的圆柱壳和两端的圆形端板组成,其中外部流体载荷用无限长模型进行近似处理。为了模拟推动系统的激励及船体上某一点激励,分别考虑了不同位置的轴向载荷和径向载荷,讨论了单个周向模态下的位移在总位移中的比重。主要研究了4种载荷,即作用在端板中心的轴对称载荷、作用在端板与圆柱连接处的轴向载荷、作用在连接处的径向载荷和作用在壳体中间的径向载荷,比较得出了轴对称和非轴对称、同一点不同方向载荷、同一方向不同位置载荷的响应位移的不同。此外,还研究了两端端板对不同载荷下水中壳体响应的影响,得出了端板主要抑制了壳体的较高阶模态下径向位移的结论。解析法结果与有限元法结果进行了比较,验证了该方法的正确性。     

轴向冲击下环向加筋复合材料圆柱壳的非线性动力响应

采用半解析的方法，建立离散加筋圆柱壳模型，基于复合材料多层扁壳大挠度的剪切变形理论，利用Hamilton原理导出环向加筋复合材料圆柱壳的非线性运动控制方程；用Galerkin方法对空间变量进行离散，将位移和载荷展开为双级数，得到有关时间的常微分方程组，最后采用R-Kutta方法数值求解．通过算例，讨论了加筋肋骨几何参数、铺层角度、辅层方式、铺层层数等因素对动力响应的影响。     

单脉冲载荷下伪弹性TiNi合金圆柱壳的响应特性分析

摘　要：以工程中广泛使用的基本构件－圆柱薄壳结构作为研究对象,利用改进的分离式Hopkinson压杆装置,对不同长径比的PE相变柱壳进行了较为系统的单脉冲轴向加载冲击实验。通过对相变柱壳高速CCD摄影及局部轴向应变的测试发现：不同长径比呈现出不同的屈曲模态。相变柱壳中的相变铰具有以下特点：①可回复性;②出现相变铰的时间尺度为微秒量级,与波动效应耦合在一起,变形呈现波动性;③多相变铰形成,包括周向相变铰,轴向相变铰,斜相变铰。     

斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲

基于最小位能原理,研究了斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲问题。利用圆柱面坐标系,使接触非线性问题简化成了纯几何非线性问题。对于上端周向自由,下端铰支的钻柱,用Rayleigh-Ritz法得到了有一定横向载荷作用时,确定螺旋屈曲临界载荷无量纲形式的非线性积分方程。应用符号运算软件Maple10,对具体的工程算例进行了求解。研究发现:该文的计算结果与已有的实验结果吻合,说明钻柱的螺旋屈曲问题是非线性问题,同时也证实了该文的非线性算法的有效性。该方法可用于求解斜直井内的钻柱屈曲问题。     

Buckling of moderately thick laminated cylindrical shells: a review

The present paper is a review article on the problem of buckling of moderately thick, laminated, composite shells subjected to destabilizing loads. The loads consist of uniform axial compression, uniform lateral pressure and torsion applied individually or in combination. In all the works reported in the literature, the analysis is based on higher-order shear deformation (HOSD) shell theory and/or first-order shear deformation (FOSD) shell theory with or without a shear correction factor. Results obtained by these two shell theories and by employing classical thin shell theory are compared to determine the range of applicability of each in predicting critical conditions. The effect of stacking sequence, radius-to-thickness ratio and length-to-radius ratio is assessed. Typical numerical results are presented in tabular form. Moreover, some limited results, which are based on limit point analysis are also presented (imperfection sensitivity studies).     

Analytical model of sound transmission through relatively thick FGM cylindrical shells considering third order shear deformation theory

This work presents an analytical solution for acoustic transmission through relatively thick FGM cylindrical shells using third order shear deformation theory (TSDT). An infinitely long FGM cylindrical shell composed of metal and ceramic with power-law distribution of volume fraction through the thickness is considered. The shell is immersed in a fluid with an external airflow and an oblique plane wave impinges on the external sidewall of the shell. Comparing the results of present study with those of previous models (CST and FSDT) for thin shells, similar results are observed due to limited effects of shear and rotation on transmission loss (TL). However, for relatively thick shells where the shear and rotation effects become more important in lower R/h, TSDT presents more accurate results caused by its higher order model. In addition, the results show proportional change in TL according to distribution of material properties through the thickness of FG cylindrical shells.     

基于最小能量原理的矩形平面预应力索网结构大变形自由振动研究

以中关村文化商厦30m×70m平面索网为工程背景,考虑矩形索网结构大变形产生的几何非线性的影响,用最小势能原理推导了非线性振动的微分方程并给出了解法;研究了线性振动频率、大振幅振动频率和大变形后小振幅的振动频率计算方法;结合实例对3个振动频率进行了计算分析。给出的非线性振动方程和解法简单准确,为大跨度平面索网结构抗风抗震设计提供参考。     

灌孔混凝土砌块砌体受压力学模型及其弹性模量

灌孔混凝土砌块砌体是由砌体和灌孔混凝土两部分组合而成,为了得到竖向压力作用下两种材料的相互作用机理,该文基于最小势能原理推导了砌体对灌孔混凝土的套箍系数以及灌孔混凝土砌块砌体内的应力分布,得到了灌孔混凝土砌块砌体的弹性模量可近似按材料力学组合截面公式进行计算,其计算结果与收集的全国65组281个试件试验结果符合良好,并通过试验结果统计得到了灌孔混凝土砌块砌体弹性模量的建议公式。理论分析和试验结果表明,我国现行规范中灌孔混凝土砌块砌体弹性模量取值偏低,将使配筋砌块砌体结构的设计计算结果偏于不安全。     

复合材料层合厚圆柱壳高阶理论的改进及其应用

建立了一个改进的LCW型的精化高阶理论,以分析厚圆柱壳的振动。提出u,v为三次多项式、w为二次多项式的位移模式,并利用上、下自由表面横向剪应力为零的边界条件,对所假定的位移场作了化简,将三阶剪切变形理论的未知数缩减为7个,在此基础上建立了相应的有限元列式。通过一个典型算例,与Soldatos和Lam的高阶剪切变形理论的解析解作了比较,说明笔者的精化高阶理论是可行的,而且具有较高的精确性,比LCW高阶理论更具有实用性。还通过频率参数随长度半径比L/R的变化,说明由于考虑了法向应力和法向应变,本文方法更适用于长度半径比较小的结构。     

强厚度叠层连续闭口圆柱壳轴对称问题的精确解

抛弃任何有关位移或应力模式的假设，在文献［１］、［２］的基础上，引入δ－函数，导出连续闭口厚圆柱壳轴对称问题的状态方程；给出薄的、中厚的和强厚的叠层连续闭口圆柱壳的统一的精确解。     

Reconstruction of the area-moment-of-inertia of a rotor blade using a shifting point-load and the end-slope

The main focus of this study was to develop an inverse model that could be used to determine the changes in sectional area-moment-of-inertia of a helicopter rotor blade from the knowledge of a shifting point-load and the end-slope data. In this investigation, the cross-sectional area-moment-of-inertias of a rotor blade model with n segments are reconstructed using a shifting point-load and the corresponding end-slope data. The end-slope data used in this inverse problem were numerically generated using the finite element method. The end-slope data and the loading were then used in the inverse problem to reconstruct the cross-sectional area-moment-of-inertias for the model. To solve the inverse problem, the solution domain was discretized into finite number of segments, and a shifting point-load was applied to the mid-point of each segment. The beam equation was then integrated to create a set of linear equations in terms of loading and end-slopes. Next, the resulting set of equations was solved simultaneously to recover the area-moment-of-inertia for each segment. A series of numerical experiments were performed to check the validity and sensitivity of the inverse model. Comparison of the inverse solutions with the direct solutions confirms that the variations in the area-moment-of-inertia for a helicopter rotor blade can be reconstructed with good accuracy from the knowledge of the shifting point-load and end-slopes.     

无网格-精细积分算法在二维结构振动问题中的应用研究

将无网格-精细积分法用于二维结构振动问题的求解,通过瞬时最小势能原理构造与弹性动力学方程等效的能量泛函。由伽辽金无网格法在空间域内进行离散;在时间域上通过与Romberg积分相结合的精细积分法求解,得到了二维结构的固有频率和振型以及在不同激励作用下的位移、应力和速度响应。