偏心肋骨刚度对环肋功能梯度圆柱壳稳定性的影响

基于唐奈(Donnell)薄壳理论,考虑肋骨偏心影响,采用能量法推导静水压力下环肋功能梯度圆柱壳稳定性特征方程,并利用MATLAB软件求解特征方程,得到静水压力下环肋圆柱壳的屈曲临界载荷。通过与已有文献的对比分析,验证了本文计算方法的正确性。算例分析了静水压力下,考虑肋骨偏心的环肋功能梯度圆柱壳在不同周向波数、幂率指数、壳体长径比、肋骨型号和肋骨间距与半径比等情况下,屈曲临界载荷的变化规律。研究结果表明:圆柱壳屈曲临界载荷随着肋骨间距与半径比增大而减小,随肋骨刚度的增大而增大;肋骨刚度越大,肋骨偏心对圆柱壳稳定性的影响越显著。     

环肋圆柱壳的自由振动特性

研究了环向肋骨沿壳体轴向任意布置、无横向偏转的环肋圆柱壳自由振动特性。基于Sander壳体理论,采用Rayleigh-Ritz能量法推导出环肋圆柱壳自由振动的固有频率特征方程。经过与各向同性圆柱壳的固有频率进行对比,验证了本文研究的有效性和正确性,计算了两端简支与一端固支一端自由等不同边界条件下壳体的固有频率,分析了加肋位置及边界条件对圆柱壳振动频率的影响。研究结果表明:加肋对圆柱壳的固有频率有显著提高,两端简支边界条件下的频率大于一端固支一端自由边界条件的频率;肋骨位置对于频率的影响明显,主要表现在壳体长度与半径比值较小、壳壁厚度与半径比值较大的情况下。     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程;再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程。在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性分析

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程。再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程,在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

有限长环肋圆柱壳低阶模态声辐射性能分析

采用Fl櫣gge壳体理论描述圆柱壳体的振动,将环肋对壳体的加强作用,等价为作用在壳体上的支持力.利用流场Helmholtz方程及流场与圆柱壳体的耦合条件推导出声—流场—结构的耦合振动方程,然后采用相应的求解方法,对环肋圆柱壳低阶模态声辐射性能进行了分析,讨论了不同的轴向和周向低阶模态对声辐射性能包括辐射声功率级、径向均方速度级的贡献大小.为主动控制方法降低环肋圆柱壳的振动噪声,提供了理论依据.     

流场中有限长纵横加筋圆柱壳声辐射

研究流场中加环肋和纵骨的有限长圆柱壳在简谐径向点激励下的声辐射.把环肋和纵骨等价为线反力和反力矩作用在柱壳内壁,将反力和反力矩表示成位移的函数.基于Flügge薄壳理论,推导了壳体的流固耦合振动方程,计算了其表面振动速度级和辐射声功率级.还分析了纵骨和环肋对圆柱壳声辐射的影响.     

静水压力下功能梯度圆柱壳振动响应研究

基于功能梯度材料和均匀材料的物理性质和力学行为相似性,利用经典Flügge壳体理论,建立了静水压力下功能梯度材料(FGM)圆柱壳固有频率解与均匀材料圆柱壳解之间的解析转换关系,实现了FGM圆柱壳力学行为均匀化转换计算。考虑流体影响,采用波动法推导水下FGM圆柱壳耦合系统的振动方程,将数值算例与已有文献结果进行比较,证明了本文方法的正确性与准确性。讨论了FGM圆柱壳的材料组分、尺寸参数和不同边界条件对静水压力下固有频率的影响,并对计算效率进行了分析。本文研究与已有计算方法比较,在保证计算精度基础上,省略了偏微分及复杂边界条件计算,应用的便利性与计算效率有很大提高。     

带框架肋骨圆柱壳振动特性分析

基于Flügge壳体理论,采用波动法建立带框架肋骨加筋圆柱壳数学模型,对其自由振动特性和频响特性进行研究.相比于传统的采用梁模型或平摊法处理环肋,采用圆环板模型研究任意尺寸的环肋.根据肋骨、激励力位置对圆柱壳离散并将激励力作为边界条件处理,对离散子构件运用不同理论分析后通过连续条件组装所有子构件得到运动方程.与有限元结果对比验证本文方法的正确性,在此基础上分析不同惯性矩的框架肋骨对圆柱壳振动特性影响.结果表明:框架肋骨惯性矩高于普通肋骨2倍便影响圆柱壳振动特性,高于512倍时则与舱壁作用相同.     

环肋对两端带半球帽圆柱壳声振特性的影响

为了研究加环肋轴对称壳的声振特性,建立了计算两端带半球帽圆柱壳水中声辐射的有限元与边界元三维模型,分析了加肋高度、宽度、数量对轴对称壳表面平均振动速度、辐射功率、辐射效率、激励点法向声强、声场指向性的影响.应用有限元软件Ansys建模及模态分析方法,将数据导入边界元软件Sysnoise中计算,从而分析结构耦合状态下的辐射声场特性.结果表明,随着环肋高度、宽度及数量的增大,激励点法向声强、表面平均振动速度以及辐射效率和辐射声功率随频率变化曲线的峰彼此错开;环肋高度、宽度、数量增大时激励点法向声强以及辐射声功率均有增加,表面平均振动速度减小,因而导致声辐射效率增加;在0~800Hz频率范围内,环肋高度和宽度变化对声场指向性影响差别较小.     

加肋圆柱壳稳定性计算方法若干问题探讨

对静水压力下环加肋圆柱壳弹性失稳临界载荷现有计算方法进行了比较和计论。采用各种方法，对Ｔ形截面和槽形截面环助圆柱壳总体失稳临界压力进行了计算，结果表明，现有解析公式都未能综合考虑加肋壳体失稳临界压力的各个影响因素。为此，提出了改进的解析公式和半解析数值方法。     

水中纵向加肋圆柱壳体的自由振动

以浸没于水中的弹性加肋薄圆柱壳为研究对象，考虑介质与结构振动的耦合效应，研究耦合系统的自由振动特性．基于Kennard薄壳理论、Helmholtz方程以及壳壁外表面的运动协调条件，并借助Dirac—δ函数引进肋骨对壳体的作用力，从而建立耦合系统的运动方程．通过傅氏积分变换，进而得出系统的频率方程．采用沿实波数轴搜索求根的方法，重点分析了水下无限长纵向加肋薄圆柱壳的自由振动特性．结果表明：水中无限长纵向加肋圆柱壳体内存在三个自由传播波。     

流场中有限长纵横加筋圆柱壳声辐射

研究流场中加环肋和纵骨的有限长圆柱壳在简谐径向点激励下的声辐射。把环肋和纵骨等价为线反力和反力矩作用在柱壳内壁,将反力和反力矩表示成位移的函数。基于Ｆｌｕｅｇｇｅ薄壳理论,推导了流体的流固耦合振动方程,计算了其表面振动速度级和辐射声功率级。     

惯性熵理论在横观各向同性圆柱壳中的应用

在横观各项同性圆柱壳热弹耦合的自由振动问题中应用惯性熵理论,引入3个位移函数将自由振动问题的方程简化为4个二阶常微分方程,用含复宗量的修正贝塞尔函数解得到位移、温度和应力的表达式.结合圆柱壳内外表面自由的边界条件,得到圆柱壳自由振动频率方程.选用锌作为介质,通过数值计算圆柱壳无量纲最低阶频率发现:中径与长度之比较大的圆柱壳中,其厚度的变化对自由振动最低阶频率的影响较大;轴向半波数较大的模态下,圆柱壳厚度对最低阶频率的影响相对较大;圆柱壳壁越薄,周向波数的影响越大;最低阶频率会随着周向波数的增大先减小而后增大;周向波数的增大会将圆柱壳厚度对频率的影响放大.研究表明,惯性熵理论可更方便用来解决热弹耦合动力问题.     

力激励与声激励作用下圆柱壳声振性能试验

以单、双层环肋圆柱壳为对象,通过模型试验分析圆柱壳内部介质与壳体的耦合对壳体声振性能的影响,进而对比分析力激励与声激励下,壳体振动与声辐射的关系以及单、双壳的声振性能.结果表明:当圆柱壳内部介质为空气时,声激励作用下声腔模态与结构模态耦合与否对壳体振动以及内部声场的影响很小;当壳体受力激励作用时,外场声辐射与壳体结构模态有关,当壳体受声激励作用时,外场声辐射与壳体结构模态、声腔模态有关;双壳的外壳对力激励和声激励时的振动与声辐射均起到屏蔽作用.     

不同激励对轴对称圆柱壳声振特性的影响

研究两端分别带有锥形和半球形封盖的轴对称圆柱壳模型.通过有限元/边界元方法,分析不同类型的激励对此模型声振特性的影响,以及当激励类型相同时改变模型的结构参数对其声振特性的影响.结果表明:在不同类型的激励方式中,轴向力矩激励对模型声振特性的影响最大,径向力激励和轴向力激励对模型声振特性的影响次之,周向力激励对模型声振特性的影响最小;当激励类型相同时,在不同的激励频率范围内增加模型的壳体厚度或增加模型圆柱壳段内的环肋数目对模型声振特性的影响与激励频率的范围有关.     

基于辐射噪声线谱削峰的双层加肋圆柱壳结构声学设计

为降低水下航行器辐射噪声线谱,提出了一种弱辐射双层加肋圆柱壳结构. 采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应幅值控制机理;引入圆截面内运动假设,利用模态展开法推导了环肋径向机械阻抗表达式;基于阻抗失配、波形转换原理,设计了阻抗加强环肋模型,并利用波动理论分析了其隔振性能;考虑壳间托板的强耦合作用,对托板进行了阻波设计. 将阻抗增强肋骨和复合阻波托板联合应用到双层壳结构声学设计中,数值分析了设计前后双层壳振动与声辐射性能. 结果表明:提出的新型双层加肋圆柱壳能有效实现辐射噪声线谱削峰,振动均方速度、辐射声功率和辐射声压大幅降低,具有显著的减振降噪效果.      

水中加肋球壳振动和声辐射研究

考虑球壳内表面设置加强环肋，借助狄拉克δ函数引进环肋对壳体的作用，建立水中弹性薄球壳的声振耦合系统的运动微分方程．基于势流理论和系统的耦合方程，通过变量的勒让德级数展开求解方程，演绎出可覆盖中、低和高频激励的加肋球壳的振动和声辐射的解析解．依据所得公式和相应的数值计算重点分析了加强肋对结构声辐射特性的影响．结果表明：由于环肋的存在，大大增加了耦合系统共振频谱的复杂性，对于中频激励，环肋的设置能明显地改变结构的声辐射特性．该方法有好的计算精度和计算速度．     

加环圆柱壳体在静水压力下的自由振动

本文討論了加环圓柱壳体在靜水外压下的总体的和局部的一般弯曲振动和轴对称振动,加环圓柱壳体的局部振动就是在两加强环之間的壳体的振动,这类壳体在静水压力作用下的自由振动已有一些学者作过研究,一般均采用Donnell-簡化,也有人进一步略去了軸向的和周向的慣性力,加环圓柱壳体在静水压力下的总体振动就作者所知还研究得不多,本文用正交异性壳的理論立出加环圓柱壳体在静水外压下的振动微分方程式組并求出了两端簡支的加环壳体的总体振动的频率公式,将一些小量丢掉后,我們得到了一个较簡洁的频率公式,从所得的結果可以看出,对于一般的加环圆柱壳体,由于其周向抗弯剛度>>軸向抗弯剛度,对应于最低频率的周向全波数n很小(一般为2～3),故Donnell-簡化不适用,也不可忽略周向和轴向的慣性力,否則均将会带来1/n~2级的誤差,这是不能允許的。但另一方面,却可略去其纵向弯曲的影响。从振动微分方程式出发,我們也得到了局部振动和轴对称振动的频率公式。并提出了一个較方便的方法来計算不同外压下总体振动和局部振动的频率(频率和外压的关系曲线)。此外,从本文对軸对称振动所得的结果还可得出一个結论:静水压力实际上对我們所討論的加环圓柱壳的总体轴对称振动的频率没有什么影响。     

流场中环肋柱壳受径向冲量作用的动力响应

本文采用Flügge壳体理论,研究了密加肋圆柱壳在深水流场中受到径向冲击载荷作用时的瞬态动力响应;讨论了冲击载荷作用面积、水深和肋骨间距及惯性矩对环肋柱壳动力响应的影响,并与有关文献的计算结果进行了比较,表明研究壳体在流场中振动问题时必须考虑流固耦合的影响.     

带肋圆柱壳结构强度灵敏性有限元法分析

采用基于有限元法的不确定性灵敏性分析方法对带肋圆柱壳结构强度的灵敏性进行分析研究.通过比较概率灵敏度图、散点图以及相关系数的计算结果,认为壳板厚度,均匀外压、肋间距、内径为影响带肋圆柱壳结构强度的灵敏性因素,其他因素为非灵敏性因素.因此,在对带肋圆柱壳结构进行可靠性分析与设计时,可以选择这4个变量为随机变量,其他变量作为定值处理,以减少随机变量的数目,提高分析效率.