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。     

充液圆柱壳的波传播和功率流特性研究

以一无限长弹性充液圆柱壳为研究对象，分别用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论与Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析管壁结构波运动和管内声场，通过管壁内表面的运动协调条件，建立此耦合系统的运动微分方程。分析了耦合波的传播特点。重点讨论在自由传播波作用时，由壳体中各内力传播的功率流，从能量角度分析了各种波的传播特点。     

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。     

刚性耦合三圆柱流致振动特性和机制EI北大核心CSCD

采用迭代式浸入边界法对刚性耦合三圆柱的流致振动进行了数值模拟研究。三圆柱按照等边三角形排列,上游两个并排圆柱,下游一个圆柱。圆柱间距比为P/D=1.0~4.0,雷诺数为Re=100,质量比为m=2,折合流速为U_(r)=3~30。通过研究圆柱的振幅、频率和流体力随折合流速的变化规律,发现了两种不同的振动模式,即小间距比条件(P/D=1.0)下的驰振模式和中、大间距比条件(P/D=1.6~4.0)下的涡激振动模式。而涡激振动模式在不同的间距比条件下又具有单锁定区间(P/D=1.6)和双锁定区间(P/D=2.5~4.0)两种不同振动特征。进一步分析尾流模式,发现第一锁定区间(含单锁定区间)内的振动响应由剪切层重附着机制激发,而第二锁定区间内的振动响应由交替尾涡泄放机制激发。     

质量无序配置加筋圆柱壳的振动局域化EI北大核心CSCD

无序非周期结构振动在通频带会产生局域化效应。基于该思想,对质量无序配置加筋圆柱壳开展了振动局域化研究。为定量预报无序配置加筋圆柱壳的局域化因子,将加筋圆柱壳振动等效为耦合振子链的振动,利用耦合振子链的无序局域化因子公式预报质量无序配置加筋圆柱壳的局域化因子。以加筋圆柱壳有限元分析的振动结果为输入,使用结合波数分析的参数辨识技术给出了等效振子固有频率参数和耦合参数。等效无序度参数使用了参考模型辨识的技术。针对两个质量无序配置加筋圆柱壳开展的振动局域化分析结果表明,质量配置无序度参数是影响局域化因子的重要参数,它与质量配置参数相关;当无序质量配置的平均值超过结构重量的15%时,可以观察到较为显著的振动局域化效果。     

充液壳中管壁接头对振动波传播的控制作用

研究一无限长充液圆柱壳的自由振动特性，考虑当传播波入射到充液柱壳时，其中插入的管壁接头对入射波的反射与透射情况。发现入射波频率、管壁接头的几何与物理特性对入射波有较大影响。这些结论对于工程实际中控制输液管的振动有参考价值。     

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。     

含弹性连接和夹层流体的双层壳振动传递特性研究EI北大核心CSCD

为研究水中隔振器的振动传递机理,结合子结构导纳法、波传播法和四端参数法,建立了含弹性连接和夹层水的双层圆柱壳振动耦合理论模型。模型分为内、外壳两个子结构以及弹性连接构成的修正子结构,采用结构刚度和连接刚度构成的矩阵描述夹层流体的影响,推导内壳以内的水介质声压,对水中隔振器的振动传递特性开展了研究。结果表明:对存在夹层水介质的条件下,内壳以内的水介质流体负载效应同时作用于内外壳;内外壳夹层水对壳间的振动传递起到了“短路”作用,降低了隔振器的减振性能,且与夹层厚度无关;此外,与刚性支撑连接相比,水中隔振器仍具备一定的隔振效果。     

波浪锥型圆柱流固耦合振动机理研究EI北大核心CSCD

为增强及控制无叶片风力俘能结构能量采集效率,该研究将表面结构斜率参数引入波浪型圆柱,发展了一种新型波浪锥型圆柱,试验研究在雷诺数Re=3900下不同波长比、波幅比、斜率参数的波浪锥型圆柱涡激振动响应特性。研究发现:在不同折合流速下,斜率k=0.05的锥型圆柱和波长比λ/D _(m)=1.75、波幅比α/D _(m)=0.10、斜率k=0.05的波浪锥型圆柱最大振幅较直圆柱分别增长26.4%和12.6%,且锁频区间得以拓展;当折合流速在锁频区间内时,在波浪锥型圆柱绕流尾流中观察到了“2S”、“2P”漩涡脱落模式,并且“2P”漩涡脱落模式在往下游发展的过程中有转变为“2C”模式的趋势。该研究可为无叶片风力俘能结构涡致振动的增大和发电效率的提升提供理论支持。     

基于能量变分原理的梁-圆柱壳耦合系统振动特性分析EI北大核心CSCD

采用能量变分原理研究了梁-圆柱壳耦合系统振动特性。整个耦合结构可分为梁子结构和壳子结构两个部分。首先,分别采用改进傅里叶级数描述梁结构和圆柱壳结构振动位移,求取两者结构动能与结构势能;随后,利用弹簧模拟边界的方式,将边界对结构的约束转化为对应边界势能;同时,利用空间分布弹簧组来连接梁结构与壳结构,使两者耦合效应表现为对应耦合弹簧势能;激励力则可通过外力功的形式加入到整个系统之中。再利用能量变分原理,即可计算耦合系统固有振动特性或受迫振动响应。通过与有限元软件计算结果对比,验证了该方法的正确性。此外,与传统Rayleigh-Ritz法相比,该方法在面对复杂边界条件时,可构建准确的统一分析模型而不需要重新选择位移容许函数。随后,进一步探讨了模型主要参数对耦合系统振动特性的影响。     

复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析

提出一种半解析法来分析圆柱壳结构自由振动特性。将圆柱壳壳结构在轴向方向分解为若干壳段,用沿轴向的Jacobi多项式和沿周向的Fourie r级数来表示各个壳段的位移函数,并采用罚参数法对圆柱壳结构的边界条件和壳段间的连续性条件进行模拟;最后,基于Rayleigh-Ritz法求得圆柱壳结构的自由振动频率。研究表明,该方法具有较好的收敛性,与公开发表文献一致性较高,研究成果可为复杂边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。     

螺栓法兰结构双连接面耦合振动分析EI北大核心CSCD

螺栓法兰连接结构广泛应用于机械结构和航空航天结构,由其构成多个结构组件(如火箭舱段)之间的连接面,引入的非线性动力学特性会显著影响整体结构动力学响应。不同于以往研究中所聚焦的单个非线性连接面对结构响应影响问题,针对具有两个螺栓法兰连接面的组合结构开展非线性耦合振动分析,研究连接结构动力学参数对结构响应的支配效果,以便获得有效控制结构响应的关键非线性特征。基于螺栓法兰连接结构等效双线性弹簧模型,建立双连接面螺栓法兰结构多自由度耦合振动模型,分别讨论了在不同形式的激励作用下的响应和相空间特性,揭示系统的阻尼敏感性及特定参数条件下的超谐波和亚谐波共振现象,最后分析弹簧刚度比及部段质量比对结构响应的影响。     

基于波动法的静水压力下环肋圆柱壳耦合振动特性研究

研究了静水压力下环肋圆柱壳的振动特性。在Flügge理论的基础上,考虑流体的影响,通过变换轴向波数,先后采用波动法和牛顿迭代法得到了不同边界条件下环肋圆柱壳的固有频率值。经过与已有文献数据进行对比,验证了研究的有效性和正确性。通过算例,分析了静水压力、肋条截面尺寸和数目、边界条件等因素对水下环肋圆柱壳固有频率的影响。     

充液直管管系中的固-液耦合振动响应分析

对充液直管管系中固 -液耦合 (包括连接、泊松、摩擦耦合 )对管系轴向振动响应的影响进行了研究。研究结果表明 ,固 -液耦合作用对充液管道系统振动响应影响不容忽视 ;三种固 -液耦合作用中 ,摩擦耦合影响较小 ,连接耦合与泊松耦合影响较大 ,并且其影响机理受到阀门关闭速度的影响 ;当阀门关闭较快时 ,系统响应以水锤响应激励下由连接耦合带来的受迫振动为主 ;当阀门关闭较慢时 ,系统以由连接耦合与泊松耦合带来的管道应力波为主。     

并列刚性双圆柱流激振动风洞试验研究EI北大核心CSCD

通过风洞试验研究了弹性支撑条件下并列刚性双圆柱的流激振动,试验雷诺数范围Re=3200~36200。圆柱间距比S/D=1.5~4.0,其中S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径。结果表明:随着间距的变化,并列双圆柱的振动幅值呈现涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)和尾流耦合涡激振动(wake-coupled vortex-induced vibration,WCVIV)模式。WCVIV发生在间距比S/D≤3.0时,此时双圆柱之间相互干涉作用较强,双圆柱振动幅值响应呈现不一致性,振动位移之间表现为同相位或反相位耦合特征,圆柱尾流场对称点的涡脱频率也不相同,尾流呈现不对称性。而VIV发生在间距比S/D=3.5~4.0时,此时双圆柱相互独立,其振动幅值和涡脱频率几乎相同,尾流的不对称现象消失,振动位移之间相位差不再近似等于恒定值而是随时间周期性的“划动”。无论发生WCVIV还是VIV,振动频率的主频均锁定于1倍的固有频率。     

环加肋圆柱壳振动分析的复合有限条法

提出一种分析环加肋圆柱壳自由振动问题的高效半解析方法──复合有限条法。该方法可在一个有限条元内计入若干个横向加肋的影响，包含横向加肋的有限条元称为复合有限条元，环加肋圆柱天采用一系列复合有限条元进行离散。复合有限条法可按加强肋骨的实际分布情况进行计算，而不必采用将加肋的影响平均到整个壳体的方法，且可考虑肋骨偏心的影响，它是一种子结构求解技术。算例表明，复合有限条法具有良好的求解精度和很高的求解效率，与常规有限元法相比，复合有限条法大大减少了系统自由度和计算工作量，且易于程序实现，是一种分析加肋板壳结构振动问题的较理想方法。     

充液贮箱液固耦合振动模态与阻尼比研究

对于液体运载火箭纵向振动的稳定性分析,在建立贮箱内液体的振动模型时,不仅需要考虑结构的弹性特性,还需要考虑液体晃动时的阻尼特性。由于模态阻尼比与一个振动周期内阻尼力做功、平均机械能及模态固有频率相关。因此可以先通过结构与液体的耦合振动分析确定其模态,进而分别计算液体与结构接触面、自由面以及液体内部阻尼力做功,同时计算平均机械能,从而得到模态阻尼比。在计算模态阻尼比时,对耦合振动的模态分析、液体内部流场计算均采用等效比拟的方法,为充分利用通用程序计算创造了条件。此方法不仅能够提高效率,同时也便于工程上的应用。     

汽车空调低压管路流固耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

汽车空调管路的振动与噪声直接影响车内舒适度。基于计算流体力学和结构有限元的流固耦合方法分析了某型汽车空调低压管路系统在制冷剂作用下的振动特性;建立低压管路系统的有限元模型,进行空管模态分析和流体作用下的预应力模态分析,针对橡胶管结构采用分层建模方法进行模态试验验证;使用流体动力学方法分析了制冷剂的流场特性,获取管壁压力,进行流固耦合作用下的管路振动特性分析,分析了流体脉动频率和橡胶管硬度对流致振动特性的影响。结果表明:空调低压管路的模态表现为低频振动的特点,且模态振型主要体现在橡胶管上;考虑制冷剂与管路的流固耦合作用后,模态固有频率增大,最大增加43.83%;靠近压缩机的橡胶管在脉动压力激励下表现出周期性的振动,远离压缩机的橡胶管振动逐渐衰减;管道应力与压缩机工作频率成正相关关系,管道振动位移随着橡胶管硬度增大而减小。     

充液及内空圆柱壳在爆炸荷载下动力屈曲特性研究

采用实验与数值模拟相结合方法,对充液及内空圆柱壳在爆炸载荷下动力屈曲响应特性进行对比研究。将壁厚δ=2.0 mm、外径Φ=100 mm钢圆柱壳（内空及充水）置于75gTNT药柱、200gTNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得不同工况下圆柱壳变形破坏模式。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法进行数值计算,分析壳壁屈曲变形过程及壳壁关键点速度、水介质内压力等动态参数。计算结果与实验结果一致性较好。研究表明,由于内充水介质的近似不可压缩性,承受冲击荷载时内压增大,因而参与对外界爆炸冲击载荷抗力作用,圆柱壳抗爆能力显著提高。     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。