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。     

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。     

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.     

均匀水压下环向加肋圆柱壳的极限分析

本文讨论在均匀水压下环向加肋圆住壳的极限分析。壳体两端为封闭,环肋的间距为均等。首先研究壳长为无限的情况,在Ｔｒｅｓｃａ屈服准则的线性化屈服面情况下,得到了极限分析的完全解。对一个有限长的加肋壳,这个解给出极限承载能力的偏于安全的下限值。但是如果将壳端最后一跨进行相应处理（适当变动肋距或变动肋面积）,这个解将给出有限长壳的正确的极限承载能力,这也是符合全部壳皮和肋骨同时进行流动的等强度设计的原则的。 文中引入壳皮参数,肋骨参数和极限压力参数,给出极限状态的上述参数间的关系式。 文中按壳体破坏时肋骨是否流动把加肋圆住壳分为“强肋壳”和“弱肋壳”,找到了区别这二类壳体的分界条件和相应的破坏形式。 对所讨论问题均作出数值计算曲线,并举例说明其应用。     

水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射

根据模态分析法,推导了水中有限长纵向加肋圆柱壳体的耦合振动方程.其中纵向肋骨的作用表现为在基本圆柱壳体流固耦合振动方程中增加相应的附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体机械阻抗、辐射阻抗和纵向肋骨附加阻抗所决定.在此基础上通过算例对水中纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射进行了研究.研究表明,纵向加肋对水中圆柱壳体的辐射声功率影响不大,但壳体表面平均振动速度明显降低,相应的辐射效率增加.     

弹性介质中有限长圆柱壳的非轴对称自由振动

对弹性介质中有限长圆柱壳的非轴对称自由振动特性进行了研究,导出了弹性介质一圆柱壳耦合的频散特征方程,利用数值方法得到了圆柱壳的固有频率结果,从数值计算结果可以看出弹性介质中圆柱壳存在截止轴向模态,而截止模态与弹性介质的刚度和圆柱壳的周向模态有关,圆柱壳周围弹性介质的存在增大了圆柱壳的固有频率,研究结果对实际埋地管道振动的研究具有指导意义。     

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。     

弹性厚圆柱壳的振动

本文提出了一个一般的解析方法,它可对任意荷载作用下具有任何类型齐次边界条件和动力边界条件的弹性厚圆柱壳的轴对称振动特性进行定值计算。轴向模态位移用福里哀级数表示,通过直接解法获得解析解,在求解中使用Mirsky-Herrmann厚圆柱壳方程。文中给出了频率的数值结果,对由厚壳理论和经典理论所预示的结果进行了比较。本文的方法也可以推广用于分析弹性厚圆柱壳的非轴对称振动和受约束的弹性厚圆柱壳的振动。     

深潜器加肋圆柱壳的最优设计

本文把深潜器加肋柱壳的设计,当作离散变量结构的优化问题来处理,用经过改造的复合形法探索最优解,并对最优设计的结果进行了讨论.     

弹性圆柱壳的振动优化设计

研究了在任意轴对称边界条件下的圆柱壳的自由振动优化设计问题 ,即寻求圆柱壳的最优厚度分布使自振基频极大化。利用半解析元方法分析轴对称变厚度圆柱壳的自由振动 ,将求解自振基频归为求解广义特征值方程 ,使圆柱壳振动优化设计成为极大化最小特征值问题。典型算例表明了本方法的有效性。     

有限长正交各向异性圆柱壳中瞬态轴对称弹性波的传播

分析了计及剪切变形和转动惯性的有限长正交异性圆柱壳中弹性瞬态波的传播问题,采用回传矩阵法,在相空间中给出了位移和内力的表达式。再利用Laplace逆变换,得到正交异性圆柱壳受轴对称冲击作用时弹性瞬态波解,然后将其分解为若干广义射线积分之和,并用数值方法求解之。     

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.     

环向加肋椭圆柱壳的结构最轻设计

本文将环向加肋椭圆柱壳的结构最轻设计,归结为一个非线性规化问题。结构分析采用半解析半离散的分析方法。环肋间壳板屈曲的临界压力采用文献[2]中的能量解法。非线性规划算法采用直接处理约束的最速下降法,在约束界面上用Kuhn—Tucker条件判别其是否为局部最佳点。当约束界面上的点不是局部最佳点时,作者建议沿某加权平均梯度方向作一步预定步长的侧移调参,使探求点序列沿着约束界面前进,效果较好。考虑了约束条件包括强度、屈曲和几何尺寸的下限等十个。利用程序TQYH—1算得了一些最轻设计方案,并从中找到肋距、壳厚和肋材尺寸之间的合理配合。     

水下环肋圆柱壳的振动耦合频率影响因素分析

在Flügge理论的基础上,考虑流体的影响,通过波动法推导出静水压力下环肋圆柱壳耦合振动特征方程,并利用牛顿迭代法求得耦合振动频率。将静水压力下圆柱壳与环肋圆柱壳的计算结果进行了对比,验证了本文方法的正确性和有效性。通过算例分析了在不同边界条件下,环肋形式、静水压力、圆柱壳尺寸、环肋尺寸和环肋数目等因素对静水压力下环肋圆柱壳耦合频率的影响。研究结果表明:在静水压力下,肋条的存在增强了圆柱壳的振动强度,耦合作用的存在降低了圆柱壳的振动强度。连续静水压力下,随着静水压力的增大,圆柱壳的振动强度不断减弱;圆柱壳尺寸、肋条尺寸和环肋数目的改变在不同程度上改变了圆柱壳的耦合频率。     

加环肋及纵肋非均匀圆柱壳轴对称变形的迁移矩阵法

本文用迁移矩阵法求解了加环肋及纵肋非均匀圆柱壳在任意边界条件下的轴对称变形问题。文中导出了加环肋及纵肋圆柱壳元的迁移矩阵。最后,问题归结为求解一个二元一次代数方程组,计算既简便又迅速。     

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。     

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。     

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.     

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，     

基于结构增抗技术的环肋圆柱壳声振特性

为提高潜艇舱段结构针对低频线谱频率的机械阻抗,基于结构增抗技术,通过在环肋处增加质量块形成阻抗增强构件,运用FEM／BEM法对结构修改前后环肋圆柱壳的声振特性进行了数值计算;讨论了附加质量块的大小和位置对结构修改后的辐射声功率的影响;分析了结构修改前后的模态辐射效率．研究表明：在靠近激励源的环肋上附加合适的质量块,能有效降低结构主导模态的辐射声功率;附加质量块的大小和位置对结构修正后的辐射声功率和模态辐射效率有重要影响．