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。     

复合材料薄壁圆柱壳动态弹性模量的研究

提供了一种将试验和理论分析相结合的方法来研究复合材料薄壁圆柱壳的动态弹性模量.采用稳态正弦激振试验获得玻璃/环氧树脂复合材料薄壁圆柱壳的固有频率及振型,应用有限元方法计算各阶固有频率对应的动态弯曲弹性模量,并对结果进行数据拟合,得到动态弹性模量与激振力频率之间的Lorentzian函数关系.结果表明,动态弯曲弹性模量远小于静态值,而且随着振动频率的增大而不断减小,Lorentzian函数可以用来较好地描述动态弯曲弹性模量与振动频率之间关系,将该函数关系应用于Donnell简化壳理论计算的圆柱壳固有频率与试验结果相吻合.     

旋转薄壁圆柱壳的高节径振动特性以及篦齿结构的影响

本文利用传递矩阵法研究旋转薄壁圆柱壳的静态固有频率和行波特性,特别是其高节径振动特性以及壳体外壁周向篦齿结构（即密封齿）对固有特性的影响．首先基于Love壳体理论,引入科氏力和离心力,建立考虑旋转态的薄壁圆柱壳的动力学控制方程．然后,介绍了进行圆柱壳固有特性分析的传递矩阵法．对比分析分别由传递矩阵法和解析法得到的、三种边界条件（两端简支、两端固支和一端固支一端自由）下的旋转薄壁圆柱壳的高节径模态特性．最后,利用传递矩阵法对带有篦齿结构的旋转薄壁圆柱壳进行了计算,分析了篦齿结构对其高节径振动固有特性的影响．     

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.     

弹性约束硬涂层圆柱壳自由振动的半解析模型

为准确描述弹性约束下硬涂层圆柱壳复合结构的自由振动行为,本文在考虑弹性约束的基础上,以硬涂层圆柱壳为研究对象,采用Rayleigh-Ritz法对弹性约束硬涂层圆柱壳的自由振动进行半解析建模,提出一种离散非均布刚度弹性约束模型以有效模拟实际螺栓连接。以涂敷NiCoCrAlY+YSZ的硬涂层圆柱壳结构为例,将半解析计算和测试结果进行对比分析。结果表明,固有频率的半解析值与实验值基本一致,最大和最小偏差分别为4.57%和0.03%,验证了弹性约束硬涂层圆柱壳自由振动半解析模型的合理性;与经典固支约束条件对比模态振型结果,进一步验证该弹性约束模型的适用性。     

计及层间水的水下双层圆柱壳声振特性研究

建立了计及层间水的水下双层圆柱壳声振模型.基于精细积分法,获取内外壳的场传递矩阵,采用两种思路推导了环形板的点传递矩阵,分别提出了外流场和层间水的声压近似表达式,组装得到计及层间水的水下双层圆柱壳声振耦合方程,并考虑了内外壳两端弹性边界的影响,结合内外壳和外流场及层间水的声固耦合作用,实现计及层间水的水下双层圆柱壳振动和水下辐射声场解.将理论值与模型试验结果进行对比,验证了该双层圆柱壳声振模型的可靠性和有效性,并分析了四类约束刚度对水下双层圆壳声振特性的影响规律.结果表明:弹性约束位置对于高阶模态的固有频率影响比低阶模态大;水下双层圆柱壳约束边界的轴向刚度、周向刚度和径向刚度对水下辐射噪声均较大.     

基于广义梁理论的薄壁圆柱壳稳定性分析

将广泛应用于薄壁棱柱形构件稳定性研究的广义梁理论推广到薄壁圆形截面柱壳的稳定性分析中,采用正交对称形式的位移函数,并考虑截面畸变翘曲的影响.由能量法推导出临界应力表达式,提出了一种用于薄壁圆形截面的柱壳稳定性分析的新方法,并进一步研究了不同长细比薄壁圆柱壳的临界屈曲应力与轴长及壁厚之间的关系.研究表明:随圆柱壳轴长的增大,临界应力整体呈波动下降趋势,其中存在的局部极小值点为对应于不同屈曲模态下的临界应力;随着圆柱壳壁厚的增大,临界应力呈增大趋势.上述方法的分析结果与有限元方法模拟结果及文献中结果对比均具有较好的一致性,说明将广义梁理论应用于薄壁圆柱壳稳定性分析是可行的.     

黏弹性基体中FG-CNTRCs圆柱壳热振动特性分析

建立了考虑碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）尺度效应的宏观功能梯度碳纳米管增强复合材料（Functionally Graded Carbon Nanotubes Reinforced Composites,FG-CNTRCs）圆柱壳自由振动特性的理论模型. 综合考虑CNTs的取向和尺度效应,基于Eshelby-Mori-Tanaka（EMT）方法和非局部理论建立了宏观CNTRCs的非局部EMT本构模型. 基于Kirchhoff-Love圆柱壳假设,采用Hamilton原理推导了热环境中visco-Pasternak基体中FG-CNTRCs圆柱壳的自由振动控制方程,利用Navier法得到两端简支圆柱壳的固有频率,并与文献中结果进行对比,验证了模型和方法的正确性. 分析了非局部参数、CNTs的体积分数和分布方式、圆柱壳的长厚比、环境温度以及地基参数等对简支FG-CNTRCs圆柱壳自由振动特性的影响. 研究发现,考虑CNTs的尺度效应后会降低FG-CNTRCs圆柱壳的抗弯刚度,环境温度对简支FG-X-CNTRCs圆柱壳固有频率虚部的影响随CNTs体积分数的增大而增大,且长厚比和地基的阻尼参数对虚部的影响有耦合作用.     

壳板叶片的固有特性分析

提出一种计算壳板叶片固有特性的解析方法.将叶片简化成固定在轮盘上的悬臂开口薄壁圆柱壳,采用将已知的轴向悬臂梁的振型函数代入壳板的振型变分方程降为另一方向的常微分方程的方法,解此常微分方程可以求得叶片的静频、动频以及相应的振型函数,并与有限元结果进行了比较.结果表明:提出的求解方法具有较好的计算精度.利用求得的固有频率和振型函数可以进一步研究单叶片或组合叶片的非线性振动特性以及疲劳寿命.     

考虑螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳固有特性分析

以含螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳为研究对象,采用商用有限元分析软件ANSYS建立了系统的全实体/梁-壳混合有限元模型.基于所建立的模型,分析讨论了自由/约束边界,法兰/吊挂处预紧力对系统固有特性的影响,并通过试验进行了对比验证.研究结果表明:本文所建立的有限元模型能较好地模拟螺栓连接处界面接触压力及其分布情况,且在保证一定精度的前提下,梁-壳混合模型较全实体模型的计算效率高;吊挂约束的存在对系统的固有频率和振型影响较大;法兰处螺栓预紧力对系统第5~8阶固有频率影响较大,而吊挂处螺栓预紧力对系统前3阶固有频率影响较大.     

有限长输液圆柱壳的自由振动频率分析

本文对充满流体的圆柱壳的自由振动进行了分析。文中探讨了流体质量、速度与静压力对自由振动频率的影响。     

薄壁圆柱壳旋转波动振动分析

应用Donnell's简化壳理论,在考虑阻尼的情况下,用复分析的方法研究了旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的线性波动振动.研究结果表明,使用复分析方法可以很好地求解圆柱壳的旋转波动振动问题.解的前行波、后行波实部为零可用来确定产生共振的频率及转速,而虚部可确定响应值大小.旋转的薄壁圆柱壳在线性振动时,有两个共振频率.波动共振响应曲线为拍,其幅值大小与波动模态阻尼比有关,一般后行波响应幅值要大于前行波响应幅值.     

正交各向异性圆柱层壳的自振分析

本文根据控制壳体自由弯曲振动的Von Karman动力方程,采用加权余量法得出了一种分析正交各向异性圆柱层壳自由振动的新方法。结果与WernerSoedal的结论吻合良好。文中将该方法用于数位计算,并通过比较三种管子的自振频率验证了方法的有效性。     

基于特征值法的矩形薄板的动力稳定性试验研究

对边周期荷载作用下的矩形薄板,当外荷载的激振频率与板的自振频率满足特定的条件时,板发生参数共振失去稳定,其振动幅值迅速增加并在临界频率处产生跳跃式的下降。本文通过设定不同幅值的激振力进行扫频试验,根据参数共振的特点,提出运用时域分析法计算得到了板动力失稳的上下临界频率,验证了特征值法在求解理论不稳定域和非线性响应的正确性。试验结果表明当外荷载的作用频率是板自振频率的两倍时,板发生参数共振失去稳定；板在动力失稳的过程中经历了三个阶段,由稳定的暂态振动过渡至失稳的参数共振最后恢复至稳定的暂态振动；此外,非线性响应结果表明几何非线性限制了板动力失稳时振动幅值无限增长的趋势,并牵引其向大频率方向振动。     

多层次修正的纤维增强复合薄壳振动响应分析

采用多层次修正技术对纤维增强复合薄壳的振动响应进行了分析.首先,考虑了复合薄壳纤维方向的影响,并采用Ritz法求解获得了复合壳的振动响应.其次,利用多层次修正技术和测试获得的实验数据,对复合薄壳的几何参数和物理参数进行修正,进而获得了较为精准的理论模型.最后,以T300碳纤维/树脂基复合薄壳为例,搭建了激光旋转扫描测试系统,并获得了前6阶固有频率、模态振型和振动响应.修正后计算获得的共振响应数据与实验测试共振响应数据的误差在5.2%~14.3%之间,处于允许的范围内,进而验证了该分析方法的正确性.     

基于区域分解的组合结构振动分析方法

提出了一种分析一般边界条件下组合结构动力学特性的区域分解法.首先,沿组合结构连接处和位移边界而将组合结构分解成若干自由子结构,并将子结构分解为一些规则子域,以获取组合结构的高阶振动特性;采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将子域界面的位移协调方程引入组合结构的能量泛函中,以使组合结构的动力分析问题归结为在满足分区界面位移协调条件下的无约束泛函变分问题.同时,采用区域分解法分析了不同边界条件的圆锥壳 环肋骨圆柱壳 圆锥壳组合结构的动力学特性,通过与有限元软件ANSYS的相应结果进行对比,验证了其计算精度和稳定性.结果表明,所提出的区域分解法具有高效率、高精度和良好收敛性等优点.     

轴向运动正六边形板的自由振动

本文研究了在轴向运动激励下正六边形薄板的横向自由振动问题。应用Reddy三阶剪切变形板理论刻画板的力学状态,采用6节点三角形单元离散求解域,利用虚功原理建立系统的动力学有限元方程。数值算例选取2种典型布置形式,并分别考虑固支和简支2种边界条件。通过求解系统方程得到了前四阶固有频率,经与ANSYS计算结果对比,验证了本研究方法的准确性。研究发现,速度通过离心力和科氏力影响系统固有振动,且速度与各阶频率反相关。正六边形板的第二和第三阶振动分别有2种模态,速度为零时其固有频率相同,但随着速度的增大逐渐分离。本文揭示的若干动力学现象可为轴向运动正六边形薄板的设计和优化提供参考。     

简支矩形薄板横向激励非线性振动特性的实验研究

对四边简支且受横向集中简谐载荷作用矩形薄板的非线性振动响应进行实验研究.利用捶击实验测得薄板的固有频率,在固有频率区域内对矩形薄板进行振动实验,对采集到的振动信号进行了相图和频谱分析,结果发现在矩形薄板的共振频率附近,在一定的激励幅值作用下,系统会产生倍周期分岔和混沌运动等复杂非线性现象.