矩形平面双曲抛物面薄膜屋盖的动力失稳临界风速

由于薄膜结构质量轻、刚度小、自振频率低,对风的作用非常敏感,一般认为在风荷载作用下会产生较大的位移和加速度反应,并可能引起局部流场的变化甚至诱发气弹失稳,所以应在考虑风与结构的耦合作用基础上分析结构的风振反应.失稳临界风速的确定是其主要内容之一.研究了均匀的理想势流作用下小垂度矩形双曲抛物面薄膜屋盖的失稳临界风速.首先建立薄膜屋盖的平衡方程,然后应用流体力学中的势流理论确定作用于薄膜表面上的气动力,从而建立起风与薄膜结构的耦合作用方程,并利用Bubnov-Galerkin方法将用带有积分的微分方程表示的耦合作用方程转化为一组常系数二阶微分方程,根据Routh-Hurwitz稳定性准则确定薄膜的失稳临界风速.由临界风速公式可以看出,临界风速与膜材参数、薄膜屋盖本身的几何尺寸和形状及两个方向上的预张力有关.     

小垂度薄膜屋盖的气弹动力耦合作用方程

薄膜结构自重轻、刚度小、自振频率低,对风的作用非常敏感,一般认为在风荷载作用下会产生较大的位移和加速度反应,并可能引起局部流场的变化甚至诱发气弹失稳,所以应在考虑风与结构的耦合作用基础上分析结构的风振反应。研究了风与薄膜屋盖的耦合作用方程。从弹性薄壳的无矩理论出发,考虑薄膜结构的几何非线性,并引入扁壳理论的假定建立了小垂度薄膜屋盖的平衡方程和相容方程。然后采用流体力学中的势流理论并参考空气动力学中的薄翼型理论确定了作用于封闭薄膜屋盖外侧的动气压,从而建立了风与薄膜屋盖的动力耦合作用方程。为下一步的研究提供了解析模型。     

封闭薄膜屋盖的风致气动力失稳分析

根据大挠度薄壳的无矩理论,建立了薄膜屋盖的控制方程.采用势流理论并结合空气动力学中的薄翼型理论推导了作用于封闭式薄膜屋盖表面的气动力,从而建立风与薄膜屋盖的动力耦合作用控制方程.分别得到了二维和三维薄膜屋盖模型的无量纲特征方程,并利用单模态法求解屋盖的临界发散失稳风速和双模态法求解屋盖的临界颤振失稳风速.通过二维模型和三维模型的结果分析和对比,得到了屋盖气动力失稳的临界风速及其相应的规律.     

均匀流场中小曲率薄膜的气动稳定性分析

对小曲率薄膜在均匀流场中的动力稳定性进行了分析。首先利用线性薄型机翼理论,将空气假定为二维的理想势流,用行波模拟薄膜振动形态推导了薄膜振动的特征方程,从而讨论了薄膜的失稳类型和失稳阶段。为了确定薄膜一阶失稳时的风速,进一步用涡旋面代替风与薄膜表面之间的微小厚度边界层来推导薄膜表面所受的气动力表达式;同时用有限形式的正弦波近似模拟薄膜一阶失稳构型,通过能量守恒原理和牛顿法迭代法求解薄膜振动的最大幅值;根据气动力与薄膜自重和惯性力之间的动力平衡关系获得了薄膜一阶失稳时的临界风速。     

复合材料层合开顶扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲

研究了具有刚性中心的复合材料层合开顶扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题。通过增加横向转动惯量项得到中心集中冲击下复合材料层合开顶扁球壳非线性稳定性的控制方程，采用Galerkin方法得到以刚性中心位移表达的冲击动力响应方程，并用Runge-Kutta方法进行数值求解，应用Budiansky-Roth准则（简称B—R准则）确定冲击屈曲的临界荷载；讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合开顶扁球壳冲击屈曲的影响。     

复合材料层合扁锥壳的冲击屈曲

研究了计及横向剪切的对称铺设正交异性复合材料层合扁锥壳在三角脉冲载荷作用下的非线性动力屈曲问题；通过在复合材料层合扁锥壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入三角脉冲冲击力，得到了层合扁锥壳的冲击控制方程，采用Galerkin方法得到以顶点挠度表达的冲击响应方程，并用Runge—Kutta方法进行数值求解，应用B—R准则确定冲击屈曲的临界荷载；讨论了壳体几何参数、物理参数和边界条件对复合材料层合扁锥壳冲击屈曲的影响。     

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

悬臂叠层板状结构稳定性研究

将管道理论引入叠层板状结构的流致振动研究,在势流理论下,基于输流管道的哈密顿原理,建立悬臂支承叠层板状结构的流致振动模型,用微分求积法对模型的运动方程进行离散,运用特征值分析与响应分析结合的方法,确定系统失稳的临界流速与形式,并研究不同参数对稳定性的影响。结果表明,悬臂叠层板发生颤振失稳,间隙,管/液质量比,间隙和流速非对称参数对颤振流速有一定的影响,但在该研究参数范围内对系统失稳形式没有影响。     

叠层板状结构流致振动特性研究

将管道理论引入叠层板状结构的流致振动研究,在势流理论下,基于输流管道的哈密顿原理,建立叠层板状结构的流致振动模型,用微分求积法对模型的运动方程进行求解,研究系统零流速状态的固有频率和模态,运用特征值分析与响应分析结合的方法,确定系统失稳的临界流速与形式。结果表明,悬臂支承模型发生颤振失稳;两端固支模型发生屈曲失稳。     

环向加筋圆柱壳轴向弹塑性动力屈曲

基于“离散加筋”模型,考虑了大挠度和材料硬化应变率敏感特性的影响,借助增量数值解法研究了环向加筋圆柱壳在轴向流－固冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲。分别采用类似B－R准则和Southwell方法来确定结构动力屈曲临界载荷。讨论了加强筋、材料硬化应变率敏感特性等因素对结构动力屈曲性态和临界载荷的影响。     

超音速流中二维板的Hopf分叉

应用Hamilton变分原理建立了对边简支对边自由薄板在超音速流作用下的非线性动力学方程,其中几何非线性采用Von-Kaman几何非线性关系进行描述,气动力采用了活塞理论。然后用Galerkin方法将偏微分方程化为常微分方程,并利用Hopf分叉的代数判据得到了系统临界流速随初始载荷变化的表达式以及颤振频率随初始载荷与临界流速变化的表达式,最后用数值方法进行了验证。     

弹性圆柱薄壳在流体中的变形与内力分析

应用薄壳弹性理论及流体力学基本方程,给出了圆柱壳在流体中流固耦合问题的基本关系式。阐述并应用相容拉格朗日-欧拉方法推导出流体绕壳横向流动时弹性圆柱薄壳的小弯曲变形问题的方程,并求解了流场的速度势和壳体的变形及内力分布。通过具体算例,绘出了流场分布图,讨论了有关参数变化对圆柱壳变形和表面压力系数的影响。     

Flutter of delaminated cross-ply laminated cylindrical shells

In this study, the instability of delaminated cross-ply thin laminated cylindrical shells and panels when subjected to supersonic flow parallel to its length edge is investigated. The delamination is parallel to the shell reference and it extends along the entire length of the cylindrical shell. The Love’s shell theory and Von-Karman–Donnell type of kinematic relations along with first-order potential theory have been employed to construct the aeroelastic equations of motion. The effects of several parameters such as length to radius ratio, delamination position, size and thickness on the critical values are discussed in the details. The results indicate that the presence of delamination reduced the overall stiffness of the structure and thereby decreases the flutter critical boundaries.     

Dynamic stability analysis of laminated composite cylindrical shells subjected to conservative periodic axial loads

The dynamic stability of thin, laminated cylindrical shells under combined static and periodic axial forces is studied here using Love's theory for thin shells. A system of Mathieu–Hill equations is obtained by a normal-mode expansion of the equations of motion, the stability of which is examined by Bolotin's method. The dynamic instability regions are investigated for different lamination schemes. The effects of the length-to-radius and thickness-to-radius ratios of the cylinder on the instability regions are also examined.     

任意拉格朗日-欧拉描述的薄平板大幅扭转振动气动特性研究

采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary La grangian-Eulerian,ALE)描述法,推导了二维流变区域不可压流体流动的控制方程。基于刚性断面边界特点,简化得到了薄平板强迫振动绕流场控制方程,采用有限差分法开展了薄平板大幅强迫扭转振动的CFD模拟。研究发现,薄平板小幅扭转振动气动力呈线性特性,但大幅扭转振动气动力非线性显著,且气动力非线性随来流折算风速的增大而变得显著。从一个周期内气流做功来看,虽然大幅扭转振动时薄平板转动轴到后缘是耗散气流能量的气动稳定区,但当折算风速较高后,上游侧的半个薄平板表面变为气动不稳定区,此时气流对整个薄平板所作总功由负变为正,薄平板将从气流中吸收能量。研究认为,当折算风速较高时,大幅扭转振动的薄平板将进入气动不稳定状态。