叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性振动特性研究EI北大核心CSCD

利用一种基于应变依赖性硬涂层的整体叶盘阻尼减振方案,研究了叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性动力学特性。首先,基于离散试验数据与高阶多项式得到了非线性硬涂层的连续力学参数;然后,利用基于改进复模量理论与复合Mindlin板理论的能量有限元法,创建了考虑应变依赖性的硬涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,基于Newton-Raphson计算方法提出一套非线性迭代计算流程,求解了硬涂层整体叶盘的非线性共振频率与共振响应;最后,选择叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值分析与试验测试,分析了硬涂层及其应变依赖性对整体叶盘振动特性的影响。研究结果表明,整体叶盘在涂敷硬涂层后的振动响应得到有效抑制,而应变依赖性能有效增强硬涂层对整体叶盘的减振效果。     

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。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

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.     

基于自由振动衰减响应的硬涂层材料力学特性参数辨识

获得硬涂层材料的储能模量和损耗因子等力学特性参数是硬涂层复合结构建模及减振优化设计的基础。现有的关于硬涂层材料参数辨识研究通常是基于梁形试件和复杂的实验过程。而这里面向悬臂板结构,提出一种仅需测得涂层前后悬臂板的时域共振自由振动衰减响应,来辨识硬涂层材料力学特性参数的方法。首先,确定了由自由振动衰减响应辨识硬涂层储能模量及损耗因子的原理。进一步,给出了获得上述硬涂层材料参数所需的关键参数(包括响应包络线、即时共振频率和阻尼)的辨识方法。再则,描述了硬涂层板有限元建模以及共振频率、模态应变能和参考应变的求解方法。最后以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的悬臂薄板为例进行了实例研究,获得了该混合涂层的储能模量及损耗因子。进一步,将获得的硬涂层材料参数代入到有限元分析模型,通过对比试验与有限元计算获得的硬涂层板前6阶共振频率,证明了所辨识的材料参数的合理性。经比较发现,辨识获得的硬涂层储能模量及损耗因子随参考应变的变化规律同其他文献基本一致,但该结果可直接用于硬涂层板形结构的建模。     

含铝炸药爆炸作用下的水中圆柱壳动态响应数值研究？

为了研究圆柱壳在含铝炸药水下爆炸载荷作用下的响应规律,利用非线性动力学软件AUTODYN计算了3种不同配方含铝炸药的远场冲击波特性,并将计算值与文献实验值进行对比,计算误差能够稳定在5％以内,之后结合ABAQUS程序模拟了含铝炸药冲击载荷作用下水中圆柱壳的动态响应。在30 kg药量下分析比对了圆柱壳体加速度、速度及有效塑性应变的变化规律,随后确定了各炸药致使圆柱壳结构失稳的临界药量,并以PBXW-115为例研究了临界药量作用下的圆柱壳破坏模式。结果表明,AUTODYN与ABAQUS程序的联用,能够有效地模拟圆柱壳在含铝炸药远场冲击波作用下的动态响应;含铝炸药致使圆柱壳单元达到屈曲失效所需药量普遍低于理想炸药RDX。     

板壳结构振动功率流的子结构线导纳法研究

采用子结构点导纳方法分析铺壳耦合结构振动特性时,需要将衔接线划分为一系列的点进行求解,较为烦琐.针对这一问题,该文提出了改进的子结构线导纳方法.首先建立了铺板和圆柱壳的耦合振动模型;然后采用模态展开法分别求解铺板和圆柱壳的机械线导纳,得到振动传递方程中的线导纳矩阵;最后求解耦合振动方程分析铺板与圆柱壳的振动功率流特性.将结果分别与ANSYS 和AutoSEA 的计算结果进行对比分析表明:该文提出的改进方法能够在宽频带内有效地计算板壳耦合结构的振动功率流特性,且求解过程简单,适于线衔接复杂结构的振动特性分析.     

薄壁圆柱壳在纯弯曲下的非线性自由振动

分析了薄壁圆柱壳在纯弯曲下的非线性自由振动。基于改良的Brazier简单理论,将圆柱壳的纯弯曲变形简化为以下两个阶段：第一阶段壳体没有弯曲,横截面由圆形变成椭圆形;第二阶段壳体是横力弯矩作用下的变截面梁。通过Brazier简单理论获得壳体的应变能,然后利用拉格朗日方程求得薄壁圆柱壳的几何非线性自由振动方程,最终得到自由振动频率,并对线性解与非线性解进行对比分析。     

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。     

偏心圆柱薄壳输入功率流特性研究

根据偏心圆柱薄壳截面的几何特性,将偏心圆柱薄壳问题转化为周向变厚度圆柱壳问题。基于Flügge薄壳理论推导出偏心圆柱薄壳的受迫振动方程,采用波传播的思想将偏心柱壳位移以双Fourier级数形式展开,周向变厚度表示为周向角度坐标的函数,通过三角函数变换将变系数的偏微分方程组转换为周向模态阶数相互耦合的有限阶线性方程组,通过对耦合方程进行求解得到偏心柱壳的位移响应,进而计算壳体的输入功率流。通过与文献及FEM结果进行对比,验证了所建立的偏心柱壳振动理论模型及计算方法的准确性。同时,详细计算并分析了激励力位置、偏心率、壳体厚度和材料阻尼等参数对偏心柱壳输入功率流的影响。     

复合材料圆柱壳非线性热弹耦合振动

根据复合材料圆柱壳的非线性动力方程,研究了复合材料圆柱壳的非线性热耦合振动,应用Galerlein原理及改进的L－P法对其非线性热耦合振动进行求解,并讨论分析了温度、长径比、厚径比对复合材料圆柱壳非线性热振动固有频率的影响。     

板壳结构振动特性的等效机械导纳法

针对线衔接下耦合结构振动传递难以求解的问题,提出具有普遍意义的等效机械导纳方法。以铺板与圆柱壳线衔接结构模型为研究对象,计算各结构的平均振动响应,并与实验结果进行对比,理论计算与实验测试结果一致性良好。研究表明：提出的等效机械导纳法能够有效地计算板壳耦合结构的振动响应特性,且求解过程简单,适于复杂耦合系统振动分析。     

热环境下纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳的强迫振动响应

研究了热环境下纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳强迫振动响应的理论求解方法。考虑了基础激励载荷的影响,并依托板壳理论、复弹性模量等方法,在确立了受热后材料与结构的本构关系、物理方程及能量方程基础上,建立了该类型纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳在热环境下的理论模型。利用双向梁函数法表示振型函数,在引入比例阻尼的基础上,通过Ritz法和振型叠加法成功求解获得了频域振动响应。以TC300碳纤维/环氧树脂复合薄壁圆柱壳为研究对象,测试获得前3阶振动响应曲线。研究发现,相对于测试获得的前3阶共振响应结果,理论计算获得的共振响应误差最大不超过14.8%,验证了所提出的分析方法的正确性和有效性。      

中厚圆柱壳自由振动的动力刚度法分析

该文阐述了将动力刚度法应用于中厚圆柱壳的自由振动分析。从考虑横向剪切变形和转动惯量的中厚壳理论出发,将圆柱壳的振动分解为一系列确定环向波数下的一维振动问题。用常微分方程求解器COLSYS求解该一维问题的动力刚度,通过Wittrick-Williams算法及导护型牛顿法求得该环向波数下结构的频率和振型。由于求解动力刚度时使用COLSYS对控制方程进行了精确求解,所以该文方法是精确方法。数值算例验证了中厚圆柱壳壳段固端频率计数J0计算方法的可靠性。综合表明:应用动力刚度法对中厚圆柱壳自由振动进行分析是可靠、精确的。     

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。     

热超弹性圆柱壳的振动与破坏

研究了热超弹性圆柱壳在内表面突加载荷及不同温度场作用下的运动与破坏问题.通过对所得描述圆柱壳内表面运动的非线性常微分方程解的动力学定性分析和数值计算,发现当突加内压小于某一确定的临界值时,圆柱壳的运动随时间的演化是周期性的非线性振动,而当突加内压大于这个临界值时,圆柱壳将被破坏.通过对振动的振幅、相图和周期的计算,讨论了均匀或非均匀温度场及圆柱壳的厚度等参数对临界载荷和圆柱壳振动的影响.     

考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析

充液圆柱壳结构广泛存在于在工程中,在外部激励作用下,圆柱壳会与流体产生耦合振动,且未充满的液面也会产生晃荡,这种耦合振动响应分析在工程中具有重要意义。提出了一种求解考虑内部液体小幅晃荡的弹性圆柱壳振动响应的半解析法。首先分别在壳体建立结构坐标系、在自由液面建立液体坐标系,各自用来描述结构及内部液体的运动。基于Flügge壳体理论建立了圆柱壳的运动控制方程。将液体视为无黏、不可压缩的理想流体,根据线性水波理论和液体自由表面运动边界条件,得出了内部液体的速度势函数。通过流固耦合界面的连续性条件,结合坐标变换推导得到流固耦合系统的运动控制方程。研究了壳体在径向点力激励下振动响应,并得出了对应的液面晃荡响应。和有限元法对比验证了方法的正确性,然后改变相关参数讨论了考虑内部液体晃荡的弹性圆柱壳振动响应特性。     

基于改进传递矩阵法的环肋圆柱壳固有振动分析

为了简化传统传递矩阵法中状态向量一阶微分方程复杂推导和得到不同边界条件下环肋圆柱壳的振动特性,基于Flügge壳体理论,通过采用改进传递矩阵法改进状态向量的选取,直接快速地从振动方程推导出圆柱壳结构场传递矩阵,并对场传递矩阵使用精细积分求解。根据环肋和壳体连接处变形连续条件导出环肋处点传递矩。最后通过自由、简支、固支三种不同边界条件下环肋圆柱壳固有频率计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了改进传递矩阵法进行环肋圆柱壳振动分析有效性和适用性。     

复合材料圆柱壳的非线性稳定性分析

本文应用能量变分方法,对加筋多层的复合材料圆柱壳,进行了非线性稳定性分析,处理了均匀轴压和横向载荷两种载荷情况。文中用卡门-佟聂耳方程考虑了柱壳失稳时的几何非线性影响,同时通过剪切模量的非线性变化考虑了复合材料的物理并线性影响。本文也分析了初始缺陷对于屈曲特性的影响。文中具体计算了硼/环氧圆柱壳失稳的数值算例。分析和计算表明,材料的剪切非线性和初始缺陷的几何非线性对圆柱壳的屈曲特性有着显著的影响。     

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。