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.     

圆柱壳结构振动特性研究

利用有限元法研究了圆柱壳结构的振动模态特性，分析圆柱壳结构参数对振动模态的影响，数值计算结果表明，随着管道直径的增大，模态密度会增大，并且周向频率存在着置换性等特点。研究得到的圆柱壳结构的周向和轴向模态的变化规律，为管道系统的动态可靠性设计提供理论依据，     

矩形大开孔圆柱壳轴压作用下的屈曲性能

利用数值方法研究了开有矩形大开孔的薄壁圆柱壳在轴压作用下的屈曲性能.首先通过特征值屈曲分析,得到开孔圆柱壳的一阶屈曲模态,并预测屈曲荷载的上限;其次,通过非线性分析,得到结构的荷载位移全过程响应;然后引入正交试验设计方法,分析了矩形开口的周向角度、高度和轴向位置等几何参数对结构稳定性的影响.分析表明,矩形开孔圆柱壳临界屈曲荷载的上限值远小于无开孔圆柱壳的下限值,影响矩形开孔圆柱壳轴压作用下稳定性的主要因素为壳体的径厚比,临界荷载值随径厚比的增大迅速下降.     

功能梯度圆柱壳自由振动的影响因素分析

研究了体积分数、材料组分和边界条件对功能梯度圆柱壳自由振动的影响。基于Love一阶理论建立应变-位移、曲率-位移关系,用Rayleigh-Ritz法得出功能梯度圆柱壳自由振动固有频率的特征方程。为验证该方法的有效性,计算了各项同性圆柱壳S-S时的频率参数,并与已有文献做了对比,有较高的吻合度。通过算例,研究了S-S、F-S及C-C这3种不同边界条件下壳体的固有频率。研究结果表明:随着体积分数的增大,固有频率逐渐增大,但所受影响较小;材料组分对固有频率的影响较大,且随着周向波数n的增大,影响越来越显著;边界条件对固有频率的影响很大,且主要表现在周向波数n较小的情况下。     

基于里兹法的圆柱壳振动特性分析

基于一阶剪切变形理论构建分析模型,引入耦合弹簧技术模拟圆柱壳结构不同边界条件;位移函数采用改进的傅里叶级数以消除边界条件的不连续性,并基于里兹法求得出中厚功能梯度圆柱壳固有频率,在收敛性分析的基础上,研究不同边界条件、结构参数和材料参数对中厚功能梯度圆柱壳自由振动特性的影响,并将计算结果与文献、试验和有限元结果进行对比,验证本文方法的可行性.研究结果表明:同一模态参数下,功能梯度圆柱壳含有自由边界的频率参数较其他边界小;圆柱壳结构厚度对频率参数影响较大;剪切修正因子及幂指数对结构频率参数影响较小.     

谐振式燃油密度测量系统中振动简的频率特性分析

针对谐振式燃油密度测量系统中振动筒的频率特性,利用 ANSYS软件对振动筒(圆柱壳)进行了振动模态的力学分析,并对比了在不同约束条件下振动频率的差异.结果表明:轴向半波数m=1、径向振型n=3和4是合适的振型;同时对两种不同约束条件下振动筒的振动频率分析的结果显示,其基频相差3倍左右;研究结果表明,对振动筒采用上端面为自由状态、下端面为全约束的约束方式,测量系统的频率可以优选在2～10 kHz的范围,易于实现激振,又远离飞机结构其他干扰振动频率,能为谐振式燃油密度测量系统设计提供参考.     

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。     

圆柱壳轴向冲击屈曲数值仿真及其应力波效应分析

采用LS-DYNA对刚体质量轴向撞击圆柱壳动力屈曲全过程进行了数值模拟,给出了不同时刻的屈曲模态、应变分布和撞击力时程曲线,分析了壳的几何物理参数及撞击加载条件对屈曲行为的影响,同时分析了屈曲过程中的横向惯性效应和应力波效应。     

薄壁圆柱壳的动态优化设计方法

为了降低薄壁圆柱壳模态共振条件下的振动幅值与振动应力水平以及提高抗高周疲劳能力,研究薄壁圆柱壳的不同厚度和材料参数对其振动应力的影响,并采用有限元法计算薄壁圆柱壳关键位置节点处的动应力和振动响应.研究结果表明,薄壁圆柱壳存在最优的厚度值,其厚度增加到一定程度可以有效地降低薄壁圆柱壳的动应力.然而,改变薄壁圆柱壳的材料参数对其振动应力的影响较小.     

轴向压力对杆系、板壳类结构自由振动的影响

讨论轴向压力对杆系、板壳类结构自由振动的影响，提出了与结构失稳形式相同或相近的ｍ阶振型的频率和轴向压力之间的定量关系．通过算例说明了轴向压力对基频及高频的影响，并讨论了轴向压力接近临界荷载时结构振型的变化规律     

Plastic Buckling of Cylindrical Shells Under Transverse Loading

Thick cylindrical shells under transverse loading exhibit an elephant foot buckling mode, whereas moderately thick cylindrical shells show a diamond buckling mode. There exists some intermediate geometry at which the transition between buckling modes can take place, This behavior is significantly influenced by the radius-to-thickness ratio and the material yield strength, rather than the length-to-radius ratio and the axial force. This paper presents a critical value at which the transition of buckling modes occurs as a function of the radius-to-thickness ratio and the material yield strength. The result shows that the circumferential wave number of the diamond buckling mode increases with decreasing wall thickness. The strain concentration is also intensified for the diamond buckling modes compared with the elephant foot buckling modes.     

圆柱壳中较高阶结构振动波的传播特性

研究了圆柱壳中较高阶周向模态结构振动波的频散特性，得到了相应的频散曲线．分析了自由振动波的性质及其随频率变化的规律，结果表明：高阶周向模态弯曲波具有通常意义上的弯曲性质；起始频率对扭转波和纵向伸缩波的传播性质影响很大；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的弯曲性质；衰减驻波大体上是弯曲性质的驻波．     

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别，其主要贡献模态一般不是第一模态，而往往分布在前数十阶模态．寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义．文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法，计算了单层柱面网壳的风振响应，分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献，讨论了计算综合模态时所需的振型数；针对结构自振频率的密集性，揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数，并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数．     

刚性快轴向冲击圆柱壳动力屈曲的计算机模拟

用ANSYS/LS—DYNA对轴向冲击的薄壁圆柱壳的动力屈曲进行了计算机模拟。模拟中考虑了大变形效应。模拟结果表明:径厚比、约束条件、冲击速度、材料参数等对柱壳的对称和非对称动力屈曲有明显的影响。当圆柱壳一端自由一端固定时,径厚比R/h≤26,柱壳发生轴对称屈曲;反之,发生非轴对称屈曲。当圆柱壳一端夹支一端固定时,轴对称屈曲的范围增大,其径厚比R/h≤31,发生轴对称屈曲。当径厚比、约束条件、材料参数等不变时,随着冲击速度的增大,屈曲由轴对称变为非轴对称。在相同条件下,柱壳高度在一定范围内时,轴对称屈曲的范围随着圆柱壳高度的增加而变大。材料的塑性强化模量?屈服应力等对薄壁圆柱壳的动力屈曲也有明显的影响。     

不同边界条件下旋转薄壁圆柱壳的振动特性

为分析不同边界条件下旋转薄壁圆柱壳的振动特性,基于Love壳体理论,利用Hamilton原理建立了旋转薄壁圆柱壳的振动微分方程。并采用Galerkin方法对系统进行离散,将系统简化为常微分方程系统。引入振型函数,分别分析了简支-简支、固支-简支、自由-简支、固支-固支等几种不同边界条件下旋转薄壁圆柱壳的内力和固有频率特性。分析结果表明:薄壁圆柱壳的薄膜内力远大于弯曲内力;几何参数、边界条件、转速等参数对旋转薄壁圆柱壳的固有频率有重要影响。     

两种边界条件下圆柱壳轴向冲击屈曲实验研究

通过实验分析了边界条件对于轴向冲击作用下圆柱壳屈曲的影响。实验表明,边界条件不同,圆柱壳的屈曲模态也不同,实验中得到的冲击力时程曲线和屈曲模态相互对应,其一致性令人满意。     

轴压功能梯度材料圆柱壳的弹、塑性屈曲分析

功能梯度材料板壳弹性屈曲领域研究已取得许多卓有成效的成果,而弹塑性、塑性屈曲问题的研究却鲜有报道。针对功能梯度材料圆柱壳的弹、塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS开展了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型,定义材料沿厚度方向的梯度特性,计入材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到弹、塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,给出了壳体从弹塑性屈曲到塑性屈曲的转化过程,并对屈曲类型对应的区域进行划分,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。