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。     

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。     

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。     

环肋椭圆柱壳自由振动分析的一种解析法

提出了求解环肋椭圆柱壳自由振动的一种解析法。基于Flügge壳体理论建立了环肋椭圆柱壳的自由振动方程,采用"刚度均摊"法将环肋纳入方程,将位移沿壳体轴向和周向展开成双Fourier级数形式,将椭圆截面的变曲率沿壳体周向展开成单Fourier级数形式,使得变系数的偏微分方程组转变成常系数的线性方程组,进而求得环肋椭圆柱壳的自由振动固有频率。为了验证方法的准确性,将环肋椭圆柱壳退化成环肋圆柱壳和不加肋的椭圆柱光壳,两个退化模型的计算结果与已有参考文献吻合良好。同时也与有限元法进行对比直接验证了该求解方法的准确性,并给出了方法的适用范围。随后详细讨论了椭圆度、环肋间距和环肋高度对环肋椭圆柱壳自由振动的影响。     

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。     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

水下环肋功能梯度材料圆柱壳稳定性研究

研究了水下环肋功能梯度材料圆柱壳的稳定性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论,采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程,运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的固有频率值,并通过线性拟合得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的临界压力。通过计算对比分析,验证了方法的正确性和有效性。通过算例,分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下临界压力的变化规律。     

复合材料充液管路流固耦合特性分析

为研究编织复合材料充液管道流固耦合特性,采用传递矩阵法,从各向异性材料本构方程、物理方程与边界条件出发,建立复合材料管道一维流固耦合动力学模型。将模型退化成各向同性管进行计算方法验证,并进一步开展复合材料管FEM软件流固耦合验证。计算结果表明：该计算结果与经典“4方程”模型及有限元三维模型结果一致。在证明了该模型及计算方法的正确性后,进一步研究复合材料管中的铺设角度与纤维体积分数对充液管路固有频率及波数的影响。研究结果表明：提高增强材料体积分数,管路固有频率增加,管路传播波数降低;铺设角度增加,固有频率降低,管壁中传播波数增加。该研究结果可为充液管路的设计与控制提供参考。     

基于精细传递矩阵法的变厚度圆柱壳自由振动分析

结合精细积分和传递矩阵方法,对变厚度圆柱壳的自由振动进行计算分析。该方法基于圆柱壳的基本微分方程,推导得到关于位移内力向量的一阶齐次偏微分方程,采用精细积分求得场传递矩阵,将其进行组装得到总传递方程,根据边界条件求解总传递方程中系数矩阵的行列式,计算得到变厚度圆柱壳的固有频率。将计算结果与有限元结果进行对比,验证方法的准确性及有效性。同时探究了边界条件、厚度变化形式、厚度变化系数及长径比对自由振动的影响规律。     

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。     

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。     

散射对近水面有限长圆柱壳自振特性影响

基于镜像原理,分别建立了计及散射影响与只考虑辐射影响时近水面有限长圆柱壳耦合振动模型,即散射模型和辐射模型。采用Graf定理将虚源声压转换到实源坐标系,再结合能量泛函变分方法,最终推导出壳-液耦合振动的控制方程,求解该方程即可得到结构固有频率。通过对比两类模型自振特性,发现散射模型的同阶次固有频率大于辐射模型,并且随着浸没深度逐渐增大,散射对自振特性的影响逐渐减弱。     

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。     

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。     

轴力和水压作用下深水输液管道湿模态振动特性分析

采用Love-Timoshenko理论和Helmholtz方程建立了轴力和水压作用下原油-管道-海水耦合模型,计算得到了深水输液管道壳振动周向模态的固有频率。通过文献对比,验证了该计算结果的准确性。通过不同工况管道固有频率对比,发现湿模态分析具有不可替代性,原油、海水的存在会降低管道壳振动固有频率,但不会影响管道弹性失稳的临界压力,原油恒定流速的影响可以忽略不计。通过耦合模型参数影响分析,发现边界条件和长径比对高周向模态频率影响较小,而对低周向模态频率影响较大,特别是基频。轴向拉力会小幅降低管道固有频率,进而小幅降低管道弹性失稳临界压力。水压会大幅降低管道固有频率,甚至引发结构失稳。因此,在深水输液管道湿模态周向振动特性分析中轴力和水压作用应加以重视。     

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.     

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.     

两端用圆板封口的环肋柱壳振动声辐射性能分析

研究两端用圆板封口的环肋圆柱壳结构在流场中的振动声辐射特性,着重分析了由环肋圆柱壳和端部圆板所围空腔的内部声场对整个系统结构振动和声辐射的影响.基于扩展的Rayleigh-Ritz法,利用Hamilton变分原理推导出圆柱壳与圆板的耦合振动方程.考虑了静水压力的影响,环肋圆柱壳与端部圆板之间采用二自由度弹簧模拟弹性连接的等效刚度.环肋圆柱壳声辐射的研究中,用Helmholtz波动方程和流固交界面上的速度相容条件求得壳体表面辐射声压的表达式,该表达式对有限长圆柱壳进行Fourier积分变换得到壳体外表面辐射声压的解;用Green函数法来求解环肋圆柱壳和端板所围空腔的内部压力场.