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。     

基于Galerkin法的旋转薄壁圆柱壳非线性行波振动的数值分析

应用Donnell's简化壳理论,在考虑阻尼和几何非线性的情况下,基于Galerkin方法,对旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的非线性行波振动进行了数值分析.在研究过程中,首先,考虑阻尼并引入几何非线性项,建立薄壁圆柱壳的非线性波动方程,然后,采用Galerkin方法对波动方程进行转换,选取不同的模态组合,得到相应模态坐标下的非线性微分方程,最后用Runge-Kutta法进行数值计算并对圆柱壳的非线性波动振动特性进行了分析.结果表明,几何非线性使圆柱壳呈现明显的硬特性,其硬特性随激振力幅值的增大而得到加强,共振区存在多值性,多模态分析表明,轴向二阶模态对主模态影响较大,计算时宜采用两个轴向模态.     

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。     

篦齿对悬臂薄壁圆柱壳模态特性的影响研究

采用传递矩阵方法研究外壁带有周向篦齿(即密封齿)薄壁圆柱壳的模态振动特性。在悬臂边界条件下,首先基于Love壳体理论建立带篦齿薄壁圆柱壳的动力学方程,通过传递矩阵法和高精度的精细积分法对其模态特性进行分析,求得各阶模态对应的固有频率和三维模态振型,并通过有限元法对分析结果进行比较,最后讨论篦齿布置形式、篦齿高度和篦齿道数对悬臂薄壁圆柱壳振动特性的影响。结果表明,传递矩阵法适合于求解带篦齿悬臂薄壁圆柱壳的模态振动特性,篦齿结构的布置形式、高度和道数均对薄壁圆柱壳构件的振动特性有较大影响。     

正交铺设复合材料层合圆柱壳自由振动分析的辛空间波方法

针对正交铺设复合材料层合圆柱壳的自由振动分析,提出了基于辛空间的波方法。首先基于Kirchhoff-Love薄壳理论,选取合适的状态向量,推导了复合材料层合圆柱壳在辛体系中的振动控制方程;其次利用分离变量法将正交铺设复合材料层合圆柱壳的自由振动问题转化为Hamilton体系下的辛本征值问题;最后根据辛空间波形与圆柱壳模态的对应关系,得到不同边界条件下的自由振动波数,进而得到圆柱壳自由振动问题的代数方程组,求解即可得到正交铺设复合材料层合圆柱壳的固有频率和模态。数值算例对比了该方法和其他方法计算得到的圆柱壳固有频率,验证了该方法的有效性和准确性。     

模态数量对薄壁短圆柱壳振动响应分析的影响

采用振型叠加法研究薄壁短圆柱壳受谐波激励的振动响应分析时模态截断数量的影响,且考虑简支-简支、固支-固支和固支-自由三种约束条件。首先基于Love壳体理论建立薄壁短圆柱壳的动力学模型。然后,给出采用振型叠加法进行薄壁短圆柱壳受径向谐波激励时的振动响应求解方法。在三种不同约束条件下,计算采用不同模态截断数量时的稳态响应的振动幅值,对比其一致性,并与实测结果进行比较。结果表明,在这三种约束条件下计算受谐波激励薄壁短圆柱壳的振动响应,需要截取前8阶模态函数用于表征位移模式;模态数据超过8阶对响应计算的精度没有明显改善,实测振动响应结果与解析结果基本吻合。     

不等间距加筋圆柱壳的振动局域化研究

对圆柱壳采取不等间距加筋配置将导致其振动在通频带局域化,从而可实现对圆柱壳结构振动进行控制.将加筋圆柱壳模型的振动等效为耦合振子链的振动,利用耦合振子链的无序局域化因子理论公式定量预报不等间距加筋圆柱壳的无序局域化因子:与耦合振子链等效的圆柱壳振动参数由基于有限元结合波数分析技术所获得的加筋圆柱壳色散曲线给出;与耦合振...     

光电层合圆柱薄壳的自组织模糊主动振动控制

本文针对当前的光致伸缩驱动器构型在壳类结构的振动抑制中不能产生负膜力的问题,提出了一种新型的多片组合驱动器构型。并将该构型层合在圆柱薄壳结构的上下表面,建立了光电层合圆柱壳独立模态振动控制方程。考虑到光致伸缩驱动器的非线性和时变驱动特性,以及模型的不确定性,设计了基于性能函数负梯度调节的规则自组织模糊主动控制器,克服了常规模糊控制器控制规则设计的困难;为了验证上述提出的控制策略的有效性,进行了数值仿真;仿真结果表明提出的自组织模糊控制器取得了理想的振动控制性能,实现了柔性薄壳结构的非接触主动振动控制。     

基于波传播方法的边界条件对圆柱壳振动特性的影响分析

在波传播分析方法基础上,采用一种改进傅立叶级数的方法建立了弹性约束边界条件下圆柱壳结构模态分析模型,结合模态叠加理论,给出了圆柱壳结构在任意径向点力激励下的振动响应.通过与商业分析软件ANSYS的结果比较验证了本文方法的高效性与精确性,随后详细分析了边界约束刚度对圆柱壳结构自由振动特性和结构振动响应的影响,并给出了刚度影响的一般性规律.     

光电层合圆柱薄壳的激励特性及控制

光致伸缩材料（如铁电陶瓷材料镧改性锆钛酸铅）在高能光束照射下具有光致形变效应,可应用于柔性结构的非接触激励与控制。本文在研究光致伸缩作动器光-电-热-力等能场耦合机理基础上,构建出光致伸缩作动器的数学模型,推导出光电层合圆柱壳振动控制方程。利用模态控制因子对不同布局下作动器的控制效果做出评价,同时对变曲率圆柱壳的薄膜作用与弯曲作用进行了较深入研究。最后,利用Lyapunov与速度比例反馈控制对所提出的布局进行了振动主动控制分析,结果表明分布式光致伸缩作动器对圆柱薄壳低频振动的控制效果良好。     

Active control of functionally graded laminated cylindrical shells

An analytical method on active vibration control of smart FG laminated cylindrical shells with thin piezoelectric layers is presented based on Hamilton’s principle. The thin piezoelectric layers embedded on inner and outer surfaces of the smart FG laminated cylindrical shell act as distributed sensor and actuator, which are used to control vibration of the smart FG laminated cylindrical shell under thermal and mechanical loads. Here, the modal analysis technique and Newmark’s integration method are used to calculate the dynamic response of the smart FG laminated cylindrical shell with thin piezoelectric layers. Constant-gain negative velocity feedback approach is used for active vibration control with the structures subjected to impact, step and harmonic excitations. The influences of different piezoelectric materials (PZT-4, BaTiO₃ and PZT-5A) and various loading forms on the active vibration control are described in the numerical results.     

MR智能阻尼器对空间网壳结构的风振抑制分析

磁流变液（MR）智能阻尼器是一种新型智能材料减振装置,可用于空间网壳结构的风振抑制。以适当方式和空间网壳结构结合即形成智能材料杆件空间网壳结构。建立了智能材料杆件有限元模型,研究了磁流变阻尼器布置方式和控制策略对空间网壳结构抗风减振的影响。将MR阻尼器设置于网壳结构径向肋杆处优于设在结构环向杆件处。不同控制策略导致不同的风振控制效果。Passive—off控制策略的风振抑制效果较差;Passive-on策略对控制结构的位移响应效果较好,而对控制结构的速度响应和加速度响应效果不佳。半主动控制策略对控制结构的位移响应、速度响应和加谏序响府均掂瑚相．针对不同风荷载作用,采用相同阻尼器布置方案和控制策略,结构风振控制效果大致相同。     

The modified couple stress functionally graded cylindrical thin shell formulation

In this article, the functionally graded (FG) cylindrical thin shell formulation is developed by using modified couple stress theory. The equations of motion and classical and nonclassical boundary conditions are extracted based on Hamilton's principle. As a special case, the equations of motion in conjunction with the boundary conditions for simply supported FG cylindrical shell are obtained, and then Navier solution procedure is used for analysis free vibration of nano shell. Afterwards, the influences of different parameters like length scale parameter, distribution of FG properties, and length to radius ratio on dimensionless natural frequency are investigated and compared with classical theory.     

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。     

多加筋圆柱壳体振动特性的导纳法研究

弹性多加筋圆柱壳体由于其结构的特点，广泛应用于工程实际，因此对其进行振动研究具有重要的工程价值和应用意义。文章利用薄板和梁的导纳公式推导了多加筋圆柱壳体在任意位置简谐力激励下的弯曲振动响应，并对特定参数的多加筋圆柱壳体的振动能量分布进行了数值仿真，结果表明振动能量在加筋处呈现急剧衰减。还对不加筋圆柱壳以及加不同数目筋的圆柱壳的振动响应进行了对比，得到了加筋和加不同叛目的筋对结构振动能量分布和传播的影响。     

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。     

基于有效线导纳的单筋圆柱壳振动声辐射分析

周向激励下加筋圆柱壳体振动和声辐射特性的研究是预测水下航行器壳体噪声的关键环节。基于有效线导纳理论和有效线导纳对简单圆柱壳体分析的基础，建立周向激励下单筋圆柱壳体的受力模型，得到振动响应计算公式，并对单筋圆柱壳体的振动响应和声辐射功率级进行实例计算和分析。计算结果表明：壳体表面加强筋处的局部振动响应得到有效抑制，幅度可降至原来的1％，但对整个壳体结构声辐射影响较小，功率仅降低1％左右。同时表明有效线导纳的理论能够正确有效地对周向激励下加筋圆柱壳体的振动响应和声辐射进行预报和分析。     

水下加肋双层圆柱壳体振动传递特性分析

研究水下双层圆柱壳体振动传递特性具有重要的工程意义,尤其对于水下结构噪声快速预报和外壳表面速度场实时重构.以此为出发点,通过双层加肋圆柱壳体模型水下振动试验研究了不同激励条件下内外壳体振动特性;然后建立了水下双层圆柱壳体有限元模型,计算分析了壳体在流固耦条件下的振动路径及特性,找出了不同激励方向、流体耦合方式和内外壳体连接方式等典型因素下内、外壳体间振动传递规律,为速度场重构和水下噪声预报提供了一定的理论指导.     

A high-order theory for the analysis of circular cylindrical composite sandwich shells with transversely compliant core subjected to external loads

A new model based on the high order sandwich panel theory is proposed to study the effect of external loads on the free vibration of circular cylindrical composite sandwich shells with transversely compliant core, including also the calculation of the buckling loads. In the present model, in contrast to most of the available sandwich plate and shell theories, no prior assumptions are made with respect to the displacement field in the core. Herein the displacement and the stress fields of the core material are determined through a 3D elasticity solution. The performance of the present theory is compared with that of other sandwich theories by the presentation of comparative results obtained for several examples encompassing different material properties and geometric parameters. It is shown that the present model produce results of very high accuracy, and it is suggested that the present model, which is based on a 3D elasticity solution for the core material, can be used as a benchmark in future studies of the free vibration and buckling of circular cylindrical composite sandwich shells with a transversely compliant core.     

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。