用波传播方法分析复合材料层合圆柱壳的振动

用一阶剪切变形理论获得复合材料层合圆柱壳的运动微分方程，再应用波传播方法分析其自由振动的频率。通过比较，本文的计算方法所得的结果与文献^[5]比较吻合。本文还研究了几种壳体参数对圆柱壳自由振动频率的影响。h／R的比值对频率影响当周向模态n=3时较大，n=2时次之，n=1时较小。E1／E2的比值越大，频率越大。辅层的角度在n较小时对频率的影响不大，在n比较大时，角度越小影响越大。     

圆柱壳中结构振动波的传播特性

计算了圆柱壳中低阶和高阶周向模态结构振动波的频散结果，得到了相应的频散曲线。着重分析了近场波和衰减驻波的性质及其随频率变化的规律，结果表明：纵向伸缩近场波和扭转近场波都不具有通常意义上的纵向伸缩和扭转的性质，弯曲近场波则具有通常意义上弯曲性质；衰减驻波大体上是弯曲性质的驻波。文中把低阶和高阶周向模态情况下波的频散规律也作了比较。     

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。     

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。     

参数对正交异性圆柱壳波传效应的影响

本文通过导出的正交各向异性弹性圆柱壳受轴向冲击载荷作用的运动方程的无量纲形式，利用广义特征线理论得到了沿特征线上的相容容方程。     

受约束的圆柱壳的振动分析

本文提出的解析法可对具有任意经典边界条件和在两端间具有若干约束的圆柱壳的自振特性进行计算。文中将亮体轴向模态位移用完备正交级数表示,然后将壳体振型函数分解为一个一致收敛级数迭加上另一线性多项式,从而解决了振型级数的收敛性和可微性。这样处理比stokes变换方法更具有一般性,不但可以得到受约束的圆柱壳固有频率的精确值,而且可以求得相应的振型。     

材料不连续壳段对圆柱壳结构传播能量流的插入影响

运用结构振动的波动方法对有限长的材料不连续区域在圆柱 的能量流传播特性进行了研究。详细考察了存在一个不连续区域时，萏匠长度参数对传播能量流的影响。数值结果表明：区域的长度较小的对高频入射弯曲波隔振有利，区域的长度较大的对低频入射弯曲波隔振有利；还详细考察了当管路中存在两个不连续区域时，区域的长度参数及布置间距对传播能量流的影响。数值结果表明：在管路噪声控制设计中宜遵守“隔振软管相异原则”。     

波传播法求解低频激励下水中加端板圆柱壳的振动

采用波传播法研究了低频下水中壳体的振动与响应。水中壳体由有限长加流体载荷的圆柱壳和两端的圆形端板组成,其中外部流体载荷用无限长模型进行近似处理。为了模拟推动系统的激励及船体上某一点激励,分别考虑了不同位置的轴向载荷和径向载荷,讨论了单个周向模态下的位移在总位移中的比重。主要研究了4种载荷,即作用在端板中心的轴对称载荷、作用在端板与圆柱连接处的轴向载荷、作用在连接处的径向载荷和作用在壳体中间的径向载荷,比较得出了轴对称和非轴对称、同一点不同方向载荷、同一方向不同位置载荷的响应位移的不同。此外,还研究了两端端板对不同载荷下水中壳体响应的影响,得出了端板主要抑制了壳体的较高阶模态下径向位移的结论。解析法结果与有限元法结果进行了比较,验证了该方法的正确性。     

基于有效线导纳的单筋圆柱壳振动声辐射分析

周向激励下加筋圆柱壳体振动和声辐射特性的研究是预测水下航行器壳体噪声的关键环节。基于有效线导纳理论和有效线导纳对简单圆柱壳体分析的基础，建立周向激励下单筋圆柱壳体的受力模型，得到振动响应计算公式，并对单筋圆柱壳体的振动响应和声辐射功率级进行实例计算和分析。计算结果表明：壳体表面加强筋处的局部振动响应得到有效抑制，幅度可降至原来的1％，但对整个壳体结构声辐射影响较小，功率仅降低1％左右。同时表明有效线导纳的理论能够正确有效地对周向激励下加筋圆柱壳体的振动响应和声辐射进行预报和分析。     

开口及边界条件对复合材料三分之一柱面壳压缩屈曲性能的影响

研究了完整、开口周边加强及开口加口盖3种型式的复合材料三分之一柱面壳的压缩屈曲性能,考查了3种典型复合材料柱面壳的轴压屈曲强度,分析了开口及口盖对柱面壳压缩稳定性的影响.结果表明:开口大大降低了柱面壳的轴压屈曲强度;口盖可以部分恢复其强度,但很难达到开口之前的水平.进行了开口加口盖经编织物铺层三分之一柱面壳轴向压缩试验,其轴压屈曲强度比用平面织物制造的相同结构的降低很多.为了探究其轴压屈曲强度比同类结构偏低很多的原因,进行了非均匀加载复合材料柱面壳模型有限元分析.结果表明:柱面壳边界不均匀加载会降低其承载能力,根据柱面壳刚度分布制定边界载荷可以提高其承载能力.     

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。     

基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析

基于ANSYS/LS-DYNA,在验证模型及参数选取正确及可靠的基础上,建立了大空间柱壳结构在爆炸作用下的冲击波压力场计算模型。引入本征正交分解（POD）法,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱壳结构在爆炸冲击荷载作用下的压力场进行了数值模拟计算与分析,研究了跨度和矢跨比等因素对结构压力场分布的影响。结果表明,计算模型适用于大空间柱壳结构在爆炸作用下的动力响应计算。     

Time‐dependent absorbing boundary conditions for elastic wave propagation

This paper develops a finite element scheme to generate the spatial‐ and time‐dependent absorbing boundary conditions for unbounded elastic‐wave problems. This scheme first calculates the spatial‐ and time‐dependent wave speed over the cosine of the direction angle using the Higdon's one‐way first‐order boundary operator, and then this operator is used again along the absorbing boundary in order to simulate the behaviour of unbounded problems. Different from other methods, the estimation of the wave speed and directions is not necessary in this method, since the wave speed over the cosine of the direction angle is calculated automatically. Two‐ and three‐dimensional numerical simulations indicate that the accuracy of this scheme is acceptable if the finite element analysis is appropriately arranged. Moreover, only the displacements along absorbing boundary nodes need to be set in this method, so the standard finite element method can still be used. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

一端周向激励的圆柱壳声辐射特性研究

针对一端受周向均布激励的圆柱壳建立了新的理论模型,结合线激励下平板的有效传递导纳理论对圆柱壳表面的振动响应及声辐射功率进行仿真计算和分析,结果表明一端受均布激励作用的圆柱壳表面的声辐射功率在中低频段随频率的增大而增加,在临界频率处出现较大的波动,在环频处达到最大值,之后仍有较小波动并略有下降。实验测量结果证明了理论模型的有效性。     

圆柱壳稳定性分析的一种新方法

针对圆柱壳在复杂栽荷作用下静力稳定性问题提出了一种新的求解方法．基于分离变量的方法，设定一组可涵盖任意边界条件的复数位移函数，将位移函数代入系统平衡方程后，圆柱壳的静力稳定性问题就可以转化为一个复系数八次多项式的求根问题．该特征方程的偶次幂系数项以及常数项为实数，而奇数次幂项均为纯虚数．研究表明，根的大小代表了圆柱壳端部作用力的强度，以及该作用力在离开这个边界一定距离上的衰减特性．分析了该新方法和经典方法的关系，并给出了一个各向同性圆柱壳在轴向压力作用下稳定性分析算例，得到了线弹性失稳解．和经典方法的结果比较表明，文中所提出的新方法适用可行，且和经典方法具有同样的精度．     

Finite element formulation of exact non‐reflecting boundary conditions for the time‐dependent wave equation

A modified version of an exact Non‐reflecting Boundary Condition (NRBC) first derived by Grote and Keller is implemented in a finite element formulation for the scalar wave equation. The NRBC annihilate the first N wave harmonics on a spherical truncation boundary, and may be viewed as an extension of the second‐order local boundary condition derived by Bayliss and Turkel. Two alternative finite element formulations are given. In the first, the boundary operator is implemented directly as a ‘natural’ boundary condition in the weak form of the initial–boundary value problem. In the second, the operator is implemented indirectly by introducing auxiliary variables on the truncation boundary. Several versions of implicit and explicit time‐integration schemes are presented for solution of the finite element semidiscrete equations concurrently with the first‐order differential equations associated with the NRBC and an auxiliary variable. Numerical studies are performed to assess the accuracy and convergence properties of the NRBC when implemented in the finite element method. The results demonstrate that the finite element formulation of the (modified) NRBC is remarkably robust, and highly accurate. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

A high‐order approach for modelling transient wave propagation problems using the scaled boundary finite element method

A high‐order time‐domain approach for wave propagation in bounded and unbounded domains is proposed. It is based on the scaled boundary FEM, which excels in modelling unbounded domains and singularities. The dynamic stiffness matrices of bounded and unbounded domains are expressed as continued‐fraction expansions, which leads to accurate results with only about three terms per wavelength. An improved continued‐fraction approach for bounded domains is proposed, which yields numerically more robust time‐domain formulations. The coefficient matrices of the corresponding continued‐fraction expansion are determined recursively. The resulting solution is suitable for systems with many DOFs as it converges over the whole frequency range, even for high orders of expansion. A scheme for coupling the proposed improved high‐order time‐domain formulation for bounded domains with a high‐order transmitting boundary suggested previously is also proposed. In the time‐domain, the coupled model corresponds to equations of motion with symmetric, banded and frequency‐independent coefficient matrices, which can be solved efficiently using standard time‐integration schemes. Numerical examples for modal and time‐domain analysis are presented to demonstrate the increased robustness, efficiency and accuracy of the proposed method. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.