近水面状态有限长圆柱壳振动特性分析

基于波传播方法和镜像法,建立了近水面状态圆柱壳-声场耦合模型,并采用数值方法求解耦合系统的特征方程,得到了近水面状态圆柱壳的模态频率。理论分析结果与现有实验测量结果及有限元仿真结果的良好吻合验证了本文理论方法的有效性。数值分析表明:自由液面的存在使得水下圆柱壳结构的模态频率较对应模态下理想全浸没状态结构的模态频率明显增大;随着潜深的增加,自由液面对水下圆柱壳模态频率的影响逐渐减小,当潜深大于4倍壳体半径时,自由液面的影响可以忽略。     

近水面状态有限长圆柱壳受迫振动的输入功率流和声辐射特性

基于声固耦合模型,采用波传播方法分析近水面状态有限长圆柱壳受迫振动的输入功率流和声辐射特性,并考虑了自由液面的影响。通过与有限元仿真结果进行对比分析,验证了该方法的正确性。当圆柱壳接近自由液面时,自由液面的存在致使水下圆柱壳输入功率流和声辐射特性的峰值频率向高频偏移,且响应幅值也略有增大。随着潜深的增大,自由液面对圆柱壳输入功率流特性的影响逐渐减小。当潜深大于5倍半径时,自由液面对耦合系统输入功率流的影响可以忽略,但其对耦合系统声辐射特性的影响不可忽略。     

冰区环境下圆柱壳声振特性的数值分析

建立了圆柱壳-水-冰的声固耦合系统的数值模型。采用有限元法和边界元法分别建立了圆柱壳结构模型、流体声学模型、冰介质弹性体模型,并进行了振动和水下声辐射计算,将无冰情况下的圆柱壳水下声辐射数值计算结果与模型试验进行对比,验证了数值算法的有效性;在此基础上分析了潜深状态和冰层参数对圆柱壳声振特性的影响规律。结果表明:圆柱壳全浸状态下,冰层对结构的振动影响很小,对声辐射影响较大;圆柱壳与冰层接触时,冰层参数和潜浮状态对振动和声辐射特性影响很大;低频段时声指向性变化不明显,随着频率的增加在高频段时声指向性变得更为复杂;为研究极地冰区环境下的潜艇声振特性提供了一种途径。     

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。     

计及自由液面影响的水下有限深度圆柱壳自由振动分析

提出了一种求解有限浸没深度下圆柱壳振动特性的解析方法。采用镜像原理和Graf加法定理得到流体速度势的解析表达式,然后再结合能量泛函变分方法推导出计及自由液面影响的壳-液耦合振动方程,通过求解该方程,得到结构各阶固有频率。研究表明,相比于无限域,自由液面的存在会增大同阶次模态固有频率,而且离自由液面越近,固有频率越大,但是随着浸没深度逐渐增加,自由振动特性很快趋近于无限域。与有限元软件Nastran计算结果对比表明该方法准确、可靠、简便,且具有计算量小、易于参数优化的优点,也为近水面结构流固耦合振动特性分析提供了新的思路。     

含弹性基础压电功能梯度圆柱壳的振动分析

为分析多物理场下含双参数弹性基础压电功能梯度圆柱壳的自由振动特性,以含Pasternak-Winkler 弹性基础压电功能梯度圆柱壳为对象,采用1 阶剪切变形理论和Hamilton 变分原理推导多场作用下含弹性基础压电功能梯度圆柱壳的模态频率方程,讨论弹性基础参数、温度梯度、压电层的材料种类和功能梯度层的材料组分等对模态频率的影响。结果表明,模态频率随温度梯度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数和弹性基础参数的增大而增大;选用BaTiO3时,圆柱壳的模态频率以及对温度梯度的敏感性均最大,而受外激励电压的影响最小;相较于外激励电压,温度梯度对模态频率影响较大。     

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。     

基于Donnell-Mushtari理论的弹性基础薄壁圆柱壳的稳态响应研究

基于经典的Donnell-Mushtari柱壳理论,针对弹性基础上有径向预压力作用的薄壁圆柱壳的自由振动频率给出了相应的精确解,采用该方法计算得到的结果与有关文献中的数据一致,误差较小。基于该方法得到薄壁圆柱壳的自由振动频率及其对应模态振型后,进一步推导得到了弹性基础上薄壁圆柱壳的强迫振动稳态响应的计算公式。并在此基础上考察了所取基础模态数量及阻尼系数大小对于薄壁圆柱壳稳态响应的影响。算例所得计算结果及结论可为工程应用提供一定参考。     

热环境对FGM壳模态频率的影响

为了推动功能梯度材料(FGM)在高超音速飞行器热防护结构设计中的应用,旨在探讨不同温度场对热防护壳模态频率的影响,提供热防护壳动力学设计参考。从陶瓷金属基FGM的热物性参数模型入手,结合圆柱薄壳能量原理,建立FGM圆柱壳的模态方程。在此基础上,首先分析热物性参数变化规律对FGM壳模态频率的影响,然后探讨考虑热应力后不同热环境下FGM壳模态频率的变化规律。结果表明,FGM物性参数变化对模态频率的影响没有热力耦合影响明显;温度梯度300 K时,物性参数变化对模态频率起主导作用,反之温度梯度300 K时,热应力和热变形对模态频率起主导作用。     

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     

高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于Viogt-Reuss原理和传递矩阵法研究了高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳构件的行波共振特性。根据复合结构的Viogt-Reuss等效原理,考虑科氏力的影响,基于Love薄壳理论建立了旋转态硬涂层薄壁圆柱壳的振动微分方程;引入传递矩阵法,根据壳体子段间的状态向量关系式推导得到了构件的整体传递矩阵;在固支-自由、简支-简支和固支-固支边界条件下,求解得到了构件的行波共振特性。结果表明:通过与文献中的数据进行比较验证了该分析方法的合理性,静止薄壁圆柱壳的第1阶模态振型不受硬涂层材料的影响,但是频率值发生了偏移,随着阶次的增加前六阶振动模态的顺序发生了变化;硬涂层材料对薄壁圆柱壳的模态振型无影响,但是NiCrAlY硬涂层比NiCrAlCoY+YSZ硬涂层薄壁圆柱壳对应的各阶静频值偏高。转速对硬涂层薄壁圆柱壳前六阶行波频率的影响较大,在工作转速和一倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振临界转速点随着边界条件和硬涂层发生变化,共振模态随着共振点变化容易引起对应阶次的模态振动,硬涂层结构改变了薄壁圆柱壳的行波共振特性。     

含环向表面裂纹充液圆柱壳的耦合振动特性分析

对含环向表面裂纹有限长充液圆柱壳的耦合振动特性进行了研究。在经典薄壳理论中引入基于断裂力学的线弹簧模型来模拟环向表面裂纹;根据理想流体在柱坐标系下的Helmholtz波动方程,通过添加流体载荷项建立了圆柱壳的耦合振动控制方程,采用波传播法描述耦合系统的振动;经优化迭代法有效地计算对应特定固有频率的轴向波数,在此基础上迭代计算满足特定边界条件和裂纹位置连续性条件的固有频率值。为验证方法的准确性,将计算模型分别退化为真空中完善圆柱壳,真空中裂纹圆柱壳,充液完善圆柱壳,三种情况与文献及有限元方法结果进行对比,验证了方法的准确性;讨论了裂纹深度和裂纹位置参数对圆柱壳固有频率改变的影响。     

含环向表面裂纹充液圆柱壳的耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

对含环向表面裂纹有限长充液圆柱壳的耦合振动特性进行了研究。在经典薄壳理论中引入基于断裂力学的线弹簧模型来模拟环向表面裂纹;根据理想流体在柱坐标系下的Helmholtz波动方程,通过添加流体载荷项建立了圆柱壳的耦合振动控制方程,采用波传播法描述耦合系统的振动;经优化迭代法有效地计算对应特定固有频率的轴向波数,在此基础上迭代计算满足特定边界条件和裂纹位置连续性条件的固有频率值。为验证方法的准确性,将计算模型分别退化为真空中完善圆柱壳,真空中裂纹圆柱壳,充液完善圆柱壳,三种情况与文献及有限元方法结果进行对比,验证了方法的准确性;讨论了裂纹深度和裂纹位置参数对圆柱壳固有频率改变的影响。     

法兰及材料不连续对充液壳能量流传播的影响

运用结构振动的波动方法对有限长的、采用法兰连接的材料不连续区域在充液圆柱壳中的能量流传播进行了研究。考察了法兰结构参数的影响。数值结果表明：法兰截面高度和宽度对于n＝0,1阶周向模态弯曲波的较低频成份影响不大。而对于n＝0,1阶的弯曲波在较高频区域的n≥2的弯曲波在整个频域上都有较大的影响;当存在一个不连续区域时,考察了区域的长度参数对传播能量流的影响。     

热环境对功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响

以热环境对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响为研究对象,首先在描述功能梯度薄壁圆柱壳模型和四种典型的热环境模型的基础上,通过Love 薄壳理论得到了薄壁圆柱壳的应变能和动能,运用Rayleigh-Ritz 法推导圆柱壳的模态频率方程。然后分别以镍金属圆柱壳和镍钢功能梯度材料圆柱壳为对象,验证模态频率方程的合理性。最后分析不同温度场对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳环向振动和轴向振动模态频率的影响。结果表明：随着温度的升高,金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳的模态频率逐渐下降,均匀温度场下模态频率下降速率最快,其次是线性温度场和非线性温度场,热流温度场对模态频率的影响几乎可以忽略;热环境只影响模态频率的大小,不影响模态频率随波数的变化趋势。     

有限长,多层复合圆柱壳减振特性的研究

本文研究了有限长、多层复合圆柱壳的振动和减振特性.在两端自由边界条件下导出金属圆柱壳和粘贴阻尼材料形成的双层复合圆柱壳的振动方程和本征方程、解出本征值.计算出钢柱壳的固有振动频率以及复合圆柱壳振动的固有频率和阻尼系数值随阻尼层、金属层厚度比(h_2/h_1)的变化关系;计算并画出单、双层壳各阶振动模态的振型.为了验证与比较,还对钢柱壳和203~#-钢复合壳分别进行了实验测试,其结果与理论值相比:振动的固有频率吻合较好,阻尼系数值定性地符合.另外,阻尼系数随厚度比(h_2/h_1)变化的规律对工程应用有一定的指导意义.     

充液环肋圆柱壳耦合振动的波动解

研究了充液环肋圆柱壳结构的耦合振动特性。基于Love壳体理论,考虑壳体内部完全充液,采用波动法建立充液环肋圆柱壳耦合振动的频率特征方程,得到了不同边界条件下的耦合频率值。通过与已有文献数据对比,验证了该文研究方法的有效性和正确性。最后通过算例,分析了充液因素、环肋参数、边界条件、壳体几何参数等对充液环肋圆柱壳耦合振动的影响。     

水下冲击载荷作用下复合材料圆柱壳的弹性响应

研究了平面阶跃冲击波作用下沉浸无限长复合材料圆柱壳的瞬态响应。首先推导基于Flugge薄壳理论的复合材料圆柱壳的控制运动方程,然后采用反射尾流虚源法建立流体-结构的相互作用,最后采用有限差分法来求解平面冲击波作用下无限长复合材料圆柱壳的控制运动微分方程。详细考察了复合材料纤维方向和壳的半径对复合材料圆柱壳的无因次中面应变、第0阶模态径向位移和第1阶模态径向速度的影响。     

水下冲击载荷用下复合材料圆柱壳的弹性响应

研究了平面阶跃冲击波作用下沉浸无限长复合材料圆柱壳的瞬态响应。首先推导了基于Flugge薄壳理论的复合材料圆柱壳的控制运动方程,然后采用反射尾流虚源法建立流体-结构的相互作用,最后采用有限差分法来求解平面冲击波作用下无限长复合材料圆柱壳的控制运动微分方程。详细考察了复合材料纤维方向和壳的半径对复合材料圆柱壳的无因次中面应变、第0阶模态径向位移和第1阶模态径向速度的影响。     

关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究

运用大型商业有限元程序MSC．DYTRAN数值模拟了水下爆炸冲击波载荷作用下自由环肋圆柱壳的非线性动态响应．采用一般耦合算法(general coupling)模拟流体与结构的耦合效应，计算中考虑了材料的应变率强化效应，几何非线性的影响，分析了空穴现象的产生和二次加载对结构响应的影响．仿真结果表明，相同工况和厚度下的无限自由平板和自由环肋圆柱壳，后者的空化时间比前者长，而壳体运动的最大速度后者比前者低．