考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.     

环肋圆柱壳应力计算中某些问题的研究

本文从理论上阐明了通常都是γ<1的力学意义,并说明在某些特殊情况下γ可以大于1的力学意义,模型实验证明了γ>1的情况确实存在,具体求得了γ不同时的五种弯曲微分方程的通解和积分常数。通过了计算机系列计算,分析了γ值对应力与挠度的影响。并由此建议潜艇建成后,如要在船台上进行内水压试验,应适当加大试验压力值。     

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。     

水下周期环肋圆柱壳声辐射的空间简谐分析

采用空间简谐分析方法对水下无限长周期环肋圆柱壳受周向余弦分布简谐力振动的辐射声功率进行了解析计算.分别采用Flügge方程和Helmholtz方程建立壳体及声场的波运动方程,考虑肋骨的四种作用力和力矩,探讨了环肋及环肋参数对壳体表面辐射声功率级的影响,发现肋骨在较低和较高频段对声辐射有较好抑制作用,在环频率附近影响不明显.分析结果适用于整个频段,可为此类结构的工程设计提供参考.     

环肋加强非圆柱壳的齐次扩容精细积分法

基于齐次扩容精细积分法和傅里叶级数展开,利用周向状态向量分段传递的思想,对两端简支的环肋加强非圆柱壳承受外压作用,提出了一种新的半解析求解方法.借助Dirac-δ函数考虑了非圆柱壳和环肋之间的多种相互作用力,利用界面处相应的位移协调关系,导出了一系列相关的解式.以单环肋圆柱壳为例,将本方法算得的结果和已知解析解作了比较;还计算了端隔板封闭下椭圆柱壳在水压作用下的应力和变形,并和有限元结果进行了比较,证明了本文方法的正确性和优越性.算例揭示了椭圆度会导致壳体中的应力分布不均匀.     

基于有限元法的带肋圆柱壳结构的强度分析

用有限元法对带肋圆柱壳结构典型跨跨中和肋骨根部的12个应力值进行了分析,在典型跨跨中的6个应力中, 外表面上第3主应力的绝对值(TBMAX3)总是最大,在典型跨肋骨根部的6个应力中,内表面上第3主应力的绝对值(BLMAX3)总是最大.故在对带肋圆柱壳结构进行强度评价时分别选用TBMAX3和BLMAX3作为强度评价的依据.TBMAX3和BLMAX3随网格单元尺寸的减小有增大的趋势,当单元尺寸分别减小到160 mm和20 mm时,TBMAX3和BLMAX3的数值分别趋于稳定.本文的研究对带肋圆柱壳结构的强度分析与设计具有一定的指导意义.     

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.     

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.     

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。     

Timoshenko环梁加强圆柱壳的稳定性

研究了环肋的剪切效应对环肋圆柱壳总体稳定性的影响。引入描述环肋变形的四个广义位移及其对应的壳体变形的四个广义位移,采用Timoshenko环梁理论来分析环肋变形,应用Ritz法对环肋圆柱壳的总体稳定性进行了研究。给出的临界载荷数值结果与文献的实验值吻合较好。计算结果还表明对于外部均匀承压的环肋圆柱壳,环肋的面内剪切变形对较低环向屈曲波数下的总体失稳临界载荷影响是微小的,但对较高环向屈曲波数下失稳载荷的影响是明显的。     

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.      

具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度分析

讨论一类特殊工程结构——具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度问题.利用解析法导出均布荷重、内缘分布力与外缘分布弯矩同时作用时环形板的弯曲公式;使用迁移矩阵法求解承受均布压力、边缘分布弯矩及分布力作用下的加筋圆柱壳.利用边缘处变形协调条件建立方程组,解出各有关状态变量.在此基础上进行了大量的数值分析,得出了一些可供工程设计参考的结论.     

纵环加筋圆柱壳塑性屈曲分析

采用Mises屈服准则和塑性形变理论,基于能量原理对纵环加筋圆柱壳的塑性屈曲进行了分析,给出了简明的临界压力求解公式并讨论了壳板塑性屈曲、肋板局部塑性屈曲和环筋柱壳塑性屈曲等几种特殊情况.计算结果表明,本文方法具有较好的精度和通用性.     

轴压化铣网格加劲圆筒壳结构优化设计

本文建立了轴向压力作用下中长正置正交化铣网格加劲圆筒壳结构优化设计的数学模型,采用约束变尺度法进行了优化计算,分别讨论了材料屈服极限、外载荷、加劲效率系数ψ以及环向肋条与纵向肋条间距之比λ对优化结果的影响,得到了若干有实用价值的结论.     

基于力电耦合超材料的圆柱壳结构低频减振方法研究

基于力电耦合超材料发展了一种针对圆柱壳结构的低频减振方法。利用模态综合法,提出了力电耦合系统的减缩方法,并对减缩模型进行了修正。研究了有限长度力电耦合超材料圆柱壳中的禁带阻波特性,并分析了电感电阻参数对禁带特性的调节规律。面向低频减振应用,提出了两种电路参数的优化设计方法。最后,以双层环肋圆柱壳为研究对象,针对其前三阶共振进行了优化设计,数值仿真结果表明前三阶共振峰均实现了25 dB以上的振动抑制效果,充分验证了所提出的低频减振方法能有效地抑制圆柱壳结构的低频振动。     

基于小波变换的圆柱壳损伤识别方法研究

将连续小波变换识别裂纹的基本原理运用于圆柱壳的损伤识别研究,利用sym4小波对含裂纹圆柱壳的前四阶振型信息进行多分辨率分析以及连续小波变换,能够准确地识别出裂纹的位置;考虑到实测信号往往是含噪声信号,进一步研究了噪声对识别结果的影响。通过数值算例验证了其可靠性,表明此方法在圆柱壳结构损伤诊断中具有一定的应用价值。     

劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明：相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%～71%,坡外隆起约为12%～46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。     

一种基于失效概率相对误差估计的可靠性分析方法

为更高效地分析复杂机械结构的可靠性，提出了一种新的基于Kriging模型和失效概率相对误差估计的自适应分析方法.采用泊松二项分布的近似正态分布推导了样本符号不确定区域内真实失效样本数的取值范围，并通过引入比例因子重新定义取值下限，以确保真实失效样本数准确落在确定的区间内，进而给出了一种更精确的失效概率相对误差的估计.采用学习函数U实现自适应试验设计.通过两个算例验证失效概率相对误差估计和自适应分析方法的准确性、通用性及高效性，结果表明:本文方法不仅能准确估计失效概率的相对误差，而且显著减少了功能函数的调用次数.