多舱段圆柱壳振动特性研究

基于Flügge壳体理论,采用波动法建立任意边界条件多舱段加筋圆柱壳数理模型,对多舱段圆柱壳固有振动特性和频响特性进行研究。相对于传统的采用平摊或梁模型处理环肋方法,运用圆环板模型分析环肋。在环肋、舱壁等加强构件及激励点处对结构离散,环肋、舱壁等子构件采用圆环板模型分析,激励力作为离散处边界条件,运用离散处连续条件将子构件组装得到运动方程。通过与文献、有限元结果对比验证了本文方法的正确性与准确性,在此基础上分析舱壁厚度、舱壁位置及激励点等参数对多舱段圆柱壳振动特性的影响;并进一步讨论了舱段截断时边界条件选取。     

钢筋混凝土圆柱壳声辐射特性的有限元研究

空气中两端简支支撑的钢筋混凝土加肋壳体的声辐射问题,由于加强钢筋及环肋的作用增加了系统共振频谱的复杂性,用解析的方法解决此类问题存在困难。利用有限元软件ANSYS,分析了内部空气及环肋数量对壳体声辐射特性的影响。计算结果表明,在低频情况下,内部空气对壳体的声辐射特性影响不大,采取合理的加肋措施可降低结构的辐射声压级。     

加肋圆柱壳水下声辐射数值分析几个问题研究

利用通用数值分析程序以及解析方法计算了单个舱段以及三个舱段单层加肋圆柱壳水下声辐射,获得了结构表面振速到远场辐射噪声的传递函数,对数值分析程序以及解析方法计算结果进行了分析比较,结果表面一个舱段结构和三个舱段结构辐射声场以及传递特性是不同的,采用一个舱段结构模型模拟多个舱段结构水下声辐射特性是不行的.采用了不同密度网格进行计算,结果表明粗网格也可以获得较好计算结果.     

大型卫星分舱段振动试验技术

研究了大型卫星的分舱段振动试验技术,基于整星和分舱段振动试验时的测试点加速度响应的幅值相对误差累积最小,推导了一种舱段振动试验输入加速度谱的计算方法。以某型号结构星为研究对象,对分舱段输入条件进行了预示,开展了整星和舱段的振动试验研究。试验结果的分析表明,试验结果和理论吻合良好,分舱段和整星振动试验的响应差异主要取决于整星和舱段的频响函数特性。用提出的方法计算的分舱段输入能够保证测试点分舱段振动试验时的响应与整星振动试验时的误差最小。     

有限长同轴共线弹性圆柱壳间互辐射阻抗计算

基于圆柱壳的模态展开技术,利用Green函数法和广义辐射阻抗公式,推导了无限长刚性圆柱障壳上两段有限长弹性圆柱壳的互辐射阻抗计算公式,并对不同的径向速度分布形式进行了数值分析。结果表明：低频时,两段圆柱壳之间的模态互辐射阻抗系数比较大;相同轴向波数（ ）比不同轴向波数（ ）的模态互辐射阻抗系数峰值大, 和 的差距越大,模态互辐射阻抗系数越小;增大两圆柱壳之间的间隔或同时增大两圆柱壳的长度,模态互辐射阻抗系数总体上逐渐减小。研究结果为分析多舱段圆柱声场特性奠定基础。     

船坞登陆舰声散射时频特征数值及试验研究

阐述了基于虚源法的板块元基本原理,以及目标强度和时域回波的计算方法。通过建立三维船坞登陆舰的网格模型,考虑水面反射以及船艉部分浸水的影响,计算得到了水平方位上的目标强度、由远场到近场回声强度的变化规律以及浅海水域下通过水雷正上方时回声强度的通过特性,并对这些结果进行的分析。通过开展运动水面舰船模型声散射湖上试验,获取了舰船模型时域回波特征,并与计算结果对比。研究结果表明,采用基于虚源法的板块元能够对船坞登陆舰的目标强度、回声强度以及时域回波结构给出比较准确的预报。研究结果将对提高船坞登陆舰声隐身特性,避开鱼雷和水雷等水中兵器的攻击提供一定的参考价值。     

加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计

为研究全频段加筋圆柱壳声辐射特性,基于VA-ONE建立FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法低中高全频段的计算模型,并进行加筋圆柱壳辐射声功率的计算,从结构固有模态角度研究了各阶模态的声辐射效率。结果表明,加筋能够减小圆柱壳结构的总体辐射声功率,尤其可以减小低频段的辐射声功率;在中低频区,各阶模态的模态辐射效率具有较大差异,在中高频区,则相差不大。进一步研究了激励位置、壳厚、材质及辐射介质对加筋圆柱壳声辐射特性的影响。为减小加筋圆柱壳对外场点的辐射声功率,基于NCT模块及Design Optimization模块进行声学优化设计,结果表明,将GA算法与SQP算法或MMA算法组合使用不仅可以减少运算时间,而且可以获得较好的优化方案。     

无限长双层加肋圆柱壳水下声辐射解析计算

建立了无限长双层加肋圆柱壳水下声辐射解析计算方法,计算模型采用了Donnell壳体理论,考虑环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳径向反作用力,利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了这种计算模型的声弹耦合控制方程.文中推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式,利用稳相法得到远场辐射声压.计算表明,实肋板和舷间水都是重要的声传递通道,在双层圆柱壳水下声辐射计算时必须考虑实肋板和舷间水的振动传递,双层圆柱壳水下声辐射对结构参数(壳板厚度、舷间距离等)变化不敏感.     

二维圆柱对旋转单极子点源的声散射

采用理论分析和数值计算方法研究二维刚性圆柱对旋转单极子点源入射声波的散射效应。齐次Helmholtz方程基本解在极坐标系内用自由空间格林函数的级数展开式表示。对任意形状的刚性散射边界,通过求解线性声学波动方程建立声场边界积分表达式。数值解可在频域下采用边界元方法获取。进一步利用贝塞尔函数的加法定理,分别推导点源与圆柱同轴、异轴旋转状态下的声场理论解析表达式。边界元方法的数值解与理论解析解吻合一致。点源向外辐射声波的频率由点源谐振频率、旋转频率和谐波阶次共同决定。点源与圆柱同轴旋转时,谐波阶次为0的声波以同心圆状向外辐射,不为0的声波则以螺旋状向外辐射,螺旋瓣的数量由谐波阶次的绝对值相同。点源与圆柱异轴旋转时,圆柱的声散射呈现显著的偶极子特征,且声场的指向性复杂。     

热环境中功能梯度圆柱壳声辐射特性研究

基于经典壳体理论,推导了热环境下,流场中功能梯度圆柱壳的受迫振动方程,研究了不同温度分布方式、壳体材料参数以及周围流场参数对功能梯度圆柱壳声辐射特性的影响。研究结果表明：温度变化会引起功能梯度圆柱壳材料特性的改变,在壳体内产生热应力,影响流场中壳体的声辐射特性。温度变化对不同频段壳体辐射声功率的影响不同。重流体中,温度变化对声功率的影响随着频率的增高而增大;轻流体中,温度升高使频率较低时的声功率峰值向低频方向移动,且峰值减小,当接近环频率时,随着温度升高,辐射声功率下降。均匀升温对壳体声辐射特性的影响高于非均匀升温。非均匀升温时,重流体中体积分数指数对辐射声功率的影响比轻流体中更明显,且主要体现在对峰值位置的影响。     

复合材料柱面壳压缩性能分析

对三分之一复合材料柱面壳进行压缩性能试验研究与理论分析, 试验得到柱面壳的破坏方式为屈曲破坏。利用有限元法对其建模分析和静强度分析, 得到的静强度远大于屈曲强度, 因此柱壳应该首先发生屈曲破坏, 这与试验结果相符; 且理论计算所得的屈曲强度与试验结果相符, 说明该模型可以用来分析整个复合材料柱壳的压缩破坏行为, 研究结果可为柱壳的结构设计提供参考。对比某一载荷下理论模型与实际模型上对应点的应变, 发现二者结果相符, 证明有限元建模有效。然后分别对理论模型进行屈曲分析。      

某小型潜航器的声散射特性研究

运用目标回声强度预报的板块元方法,研究某小型潜航器的水下回声特性.计算并分析了入射波频率和方位对其声散射特性的影响规律;利用板块元法得到的散射特性,根据频域间接法仿真出水下声成像结果;完成外场试验,将试验结果与计算结果进行对比,吻合较好.研究表明潜航器中的桅杆结构对其散射有较明显影响.     

A functional for shells of arbitrary geometry and a mixed finite element method for parabolic and circular cylindrical shells

In this study a higher‐order shell theory is proposed for arbitrary shell geometries which allows the cross‐section to rotate with respect to the middle surface and to warp into a non‐planar surface. This new kinematic assumption satisfies the shear‐free surface boundary condition (BC) automatically. A new internal force expression is obtained based on this kinematic assumption. A new functional for arbitrary shell geometries is obtained employing Gâteaux differential method. During this variational process the BC is constructed and introduced to the functional in a systematic way. Two different mixed elements PRSH52 and CRSH52 are derived for parabolic and circular cylindrical shells, respectively, using the new functional. The element does not suffer from shear locking. The excellent performance of the new elements is verified by applying the method to some test problems. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

A comparative study of axisymmetric finite elements for the vibration of thin cylindrical shells conveying fluid

A comparative study of the relative performance of several different axisymmetric finite elements, when applied to the dynamic problem of thin cylindrical shells conveying fluid, is presented. The methods used are based on (1) the Sanders' theory of thin shells and the potential flow theory, and (2) the theory of elasticity and the Euler equations. The elements studied are: linear, paralinear, parabolic and cubilinear. Extensive comparison with experiment is carried out for the free vibration of cylindrical shells in the absence of, and containing, quiescent and flowing fluid. The analysis of the relative competence of these elements is presented for shell length‐to‐radius ratios 1.95≤L/R≤32, shell radius‐to‐thickness ratios 10≤R/h≤375 and boundary conditions: clamped–clamped, clamped–free and simply supported. We show that natural frequencies of thin cylindrical shells in the absence of, and containing, quiescent and flowing fluid can be assessed accurately when using two‐ and eight‐noded elements, and the latter are also applicable to the dynamic problem of thick cylindrical shells. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

芯材增强对夹层圆柱壳动力学性能影响的有限元分析

将表层、增强材料与芯材分开,应用有限元分析软件ANSYS,采用8节点SOLID45实体单元,对增强型夹层圆柱壳建立物理模型,进行自由振动及瞬态动力学过程分析。考虑树脂材性、尺寸以及分布等参数的变化,分析了点阵增强和齿槽增强对夹层圆柱壳动力学性能的影响,将两种增强方式进行了对比。结果显示,树脂柱及树脂齿槽均可改变圆柱壳的振动特性,对降低瞬态荷载下的动力响应有积极作用。其中树脂材性的影响较小,而点阵和齿槽的尺寸与分布对圆柱壳动力学性能的影响较为明显,分析显示,点阵增强对于提高结构固有频率比齿槽增强更好一些,而齿槽增强对于降低端部受冲击荷载时的动力位移比点阵增强更好一些。     

Aeroelastic stability of heated functionally graded cylindrical shells containing fluid

The article is concerned with the analysis of panel flutter of heated circular clamped cylindrical shells made of functionally graded (FG) material, which are subject to a simultaneous action of the external supersonic gas flow and the internal flow of ideal compressible fluid. The effective properties of the material change throughout the thickness of the shell according to a power law and depend on temperature. The aerodynamic pressure is calculated based on the quasi-static aerodynamic theory. The behavior of the fluid is described in the framework of the potential theory. A mathematical formulation of the dynamic problem for elastic structure is developed based on the classical theory of shells and the principle of virtual displacements. Based on the results of numerical simulation the influence of different consistencies of the examined FG materials, thermal load, and internal flow velocity on the boundary of aeroelastic stability is analyzed.     

水下刚性角反射器散射特性

为了分析水下角反射器的声散射特性,提出了一种计算水下凹面目标散射声场的方法。采用ANSYS软件构建水下角反射器实体模型,再利用声学分析软件SYSNOISE对其远场散射声场进行仿真。计算了二面角反射器的目标强度,并与声束弹跳法和板块元法的计算结果进行对比,验证了该方法的适用性和精确性。对三面角反射器的散射特性进行了分析,得到了不同声波入射角度下的目标强度、目标强度随频率的变化规律以及散射方向图,结果表明,正方形角反射器的目标强度最大,三角形角反射器的散射宽度最大,角反射器目标强度不存在明显的频率效应。计算了八面角反射体的方向图,计算结果表明角反射器组合可以有效增大目标强度和散射宽度。     

固体中圆柱形孔脉冲超声波散射的有限元模拟

建立了半无限各向同性弹性固体的具有吸收边界的二维平面应变有限元模型,计算研究了入射平面脉冲超声纵波和横波在固体中横向圆柱形孔上的散射。计算结果以位移场波场快照和位移散度场(纵波)、位移旋度场(横波)波场快照的形式给出,与现有动态光弹实验照片进行了比较,符合得较好。通过对计算数据的处理,清晰地看到了入射纵波沿孔壁的螺旋旋转爬行,证实了理论预计,弥补了光弹实验结果的不足。