复合材料旋转壳自由振动分析的新方法

提出了一种半解析区域分解法来分析任意边界条件的复合材料层合旋转壳自由振动. 沿壳体旋转轴线将壳体分解为一些自由的层合壳段, 视位移边界界面为一种特殊的分区界面;采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将壳体所有分区界面上的位移协调方程引入到壳体的能量泛函中, 使层合壳的振动分析问题归结为无约束泛函变分问题. 层合壳段位移变量采用Fourier 级数和Chebyshev 多项式展开. 以不同边界条件的层合圆柱壳、圆锥壳及球壳为例, 采用区域分解法分析了其自由振动, 并将计算结果与其他文献值进行了对比. 算例表明, 该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点.     

波纹管在子午面内整体弯曲的半解析有限元法

波纹管是一类子午线呈波纹状的旋转壳，作为弹性敏感元件和柔性连接件在航空仪表和管道工程中起着重要的作用。长期以来基于壳体理论的分析多限于轴对称变形问题。最近，虽然出现了以柔性旋转壳理论为基础的解决波纹管整体弯曲问题的解析解和数值解，但仍有必要通过别的途径加以验证和补充。为些，本文提出了波纹管在子午面内整体弯曲的半解析有限元解。把波纹管近似成有限个截顶锥壳的组合体，每个截顶锥为一个单元。将位移分量沿纬线用Fourier级数展开，沿子午线用多项式插值，截锥单元因此化为2节点的直线单元，每节点为4个自由度。显然，对于同等的RAM和CPU，线单元可比其他单元划得更小。于是，利用小单元条件，将一个单元内的壁厚和平行圆半径近似地当作不变量，给出了用显式表示的单元刚度矩阵，为直观分析结构参数对波纹管力学性能的影响提供了方便。在此基础上，计算了Ω型，C型和U型波纹管在纯弯矩作用下的变形和应力分布，所得结果和已有的解析解，数值解相符。本法不限于波纹管的计算分析。     

功能梯度截顶圆锥壳的热弹性弯曲精确解

研究了功能梯度材料截顶圆锥壳在横向机械载荷与非均匀热载荷同时作用下的变形问题. 基于经典线性壳体理论推导出了以横向剪力和中面转角为基本未知量的功能梯度薄圆锥壳轴对称变形的混合型控制方程. 假设功能梯度圆锥壳的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式. 然后采用解析方法求解,得到了问题的精确解. 分别就两端简支和两端固支边界条件,给出了圆锥壳的变形随其载荷、材料参数等变化的特征关系曲线,重点分析和讨论了载荷参数与材料梯度变化参数对变形的影响.      

基于区域分解的薄壁回转壳自由振动分析

提出了一种区域分解法来分析不同组合边界条件的薄壁回转壳的自由振动.首先沿壳体母线方向将壳体分解为一些自由壳段,并采用广义变分和最小二乘加权残值法将壳体分区界面上的位移协调方程引入到壳体的势能泛函中;然后将壳段位移变量以Fourier级数和Chebyshev多项式展开,对总的势能泛函变分后得到回转壳的离散动力学方程.采用区域分解法分析了不同边界条件的圆柱壳、圆锥壳、抛物壳的自由振动,并将计算结果与其它文献值及 ANSYS 结果对比,结果表明:随着回转壳分区数目的增大,区域分解法计算出的壳体频率很快收敛;本文结果与其它方法计算结果非常吻合(相对误差不超过0.4%).采用该方法可高效计算不同组合边界条件回转壳体的低阶和高阶振动频率.     

轴对称壳体子单元弹塑性分析

在壳体的弹塑性分析中。当壳体的材料从某一个表面开始进入塑性变形范围时,应力和应力-应变关系沿壳体厚度不再成线性变化,因而不能由显式得到应力沿壳厚的积分值,必须在有限单元法计算中应用数值积分。本文在以直母线锥形单元离散轴对称壳体结构的前提下,进一步以子单元离散锥形单元,使得原来一个必须用三维屈服曲面描述的弹塑性问题能以二维屈服曲面来表征。 本文取用了Prandtle-Ruess塑性坛量理论的等向强化Mises屈服准则的本构方程。非线性结构平衡方程以载荷坛量切线模量法求解。为提高解方程的精度,本文应用了-阶自修正技巧。 为验证理论计算的精度和可靠性,本文把理论计算结果与加劲圆柱壳型性试验值作了比较,两者结果相当一致。     

正交各向异性功能梯度材料开口圆柱壳的自由振动分析

区别于一般圆柱壳,开口圆柱壳沿周向是不封闭的,因此具有四个边界,本文根据轴向梁式振动和轴向曲拱振动特性对各种端部与侧边边界条件下的壳体提出统一的位移振型函数,并根据哈密顿原理建立了材料参数与空间坐标相关的正交各向异性开口圆柱壳的动力变分方程,求出了不同材料属性下开敞圆柱壳固有频率与振型解的一般解析表达式,适用于任意边界条件下不同材料的开敞圆柱壳自由振动分析．     

横观各向同性圆球壳的自由扭转振动

本文用弹性动力学理论研究横观各向同性圆球壳的轴对称自由扭转振动问题,求出位移和应力的解析表达式,揭示了壳体在子午线方向和半径方向的耦合振动特性,文末算例给出不同几何尺寸和材料性质圆球壳固有频率和振型的数字计算结果.     

旋转壳体结构与地基土相互作用的地震响应分析

1 前言本文采用子结构法,对上部壳体结构采用半解析曲线环壳有限单元法,场变量在圆周方向用Fourier 级数展开,根据薄壳理论导得各有限元计算式;对于基础阻抗,采用文献给出的埋置基础平移和转动耦合振动的近似法。在时域内获得安全壳的地震响应,对安全壳与地基的动力相互作用进行了讨论.     

圆形折板壳屋盖的内力计算及截面配筋程序

本文用有限差分法对在轴对称荷载作用下的圆形折板壳屋盖进行静力分析,得到沿壳体径向内力。然后按GB110-89进行配筋及裂缝宽度、刚度计算。用BASIC语言,在SHARP PC-1500上实现。     

正交各向异性功能梯度圆柱壳的应力分析及材料剪裁

假设正交各向异性功能梯度材料的弹性系数沿圆柱壳的径向按照任意连续函数变化,采用应力函数法和加权残值法导出了圆柱壳在非轴对称载荷作用下应力分析的一种新的数值解.建立了圆柱壳内部应力状态给定时材料剪裁问题的基本方程,提出了实现圆柱壳内部一种特殊的应力分布时所需要的材料弹性系数沿径向变化的解析解.通过数值算例验证了本文所导出的应力分析的数值解的正确性和收敛性,分析了弹性系数沿径向的变化对圆柱壳内部应力分布的影响.数值算例还给出了实现圆柱壳内部环向应力和切应力沿径向均匀分布时功能梯度材料的弹性系数沿径向的三种不同变化形式.所得研究结果可为正交各向异性功能梯度材料圆柱壳的设计提供一定的参考,同时材料剪裁的解析结果也可作为其他数值方法计算结果验证的考题.     

旋转壳对称载荷有限元应力分析的系数配置法

本文用有限元系数配置法分析轴对称旋转壳,计算时不需坐标转换,对各种类型的壳体元素统一采用同一组基本公式协调求解。算法简单,精度高,可用于圆柱壳,圆锥壳,平法兰等工程上常用的旋转壳结构。由于在协调求解中可插入解析公式,便于处理螺栓连接,结合裙等不连续结构。本法是在文献[1]基础上改进而成。     

球壳扭转振动的弹性力学理论解

本文用三维弹性力学理论求得球壳轴对称扭转振动问题的解析解。揭示了壳体在子午线方向和半径方向的耦合振动,研究了厚度方向剪切振动的固有频率和振型。文末给出顶端封闭和开孔球壳固有频率和振型的数字结果。对于各种不同厚度球壳的振动特性作了详细的讨论。     

钢筋混凝土圆球壳基于双剪屈服准则无矩理论的极限分析

利用已建立的基于双剪屈服准则的钢筋混凝土壳体的屈服条件,研究了圆球壳屈服时无矩理论下内力状态,导出了壳体各区域的本构关系和塑性屈服条件,并用机动法和静力平衡法计算了圆球壳在竖向均布载下的极限载荷.计算结果与用已有的塑性屈服线理论计算结果相符.     

层合圆柱厚壳热应力分析的状态方程及其半解析法

通过对Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理的修正，导出了变温作用下层合圆柱厚壳的状态方程及其半解析法，该方法在ｚ－θ曲面内采用通常的有限元离散，而沿壳厚（ｒ）方向采用状态空间法给出解析解答，且通过采用状态转移矩阵，建立了层合圆柱壳内外表面应力和位移之间的关系式，然后利用打靶法进行求解，从而大大降低了计算中的未知量数目。     

圆锥形薄壳在轴向压力作用下的稳定性

文献[1—3]对圆锥形薄壳在轴向压力作用下的轴对称失稳情况引出了可按相当圆柱壳计算的概念,它们都假定壳体沿其母线方向受压,但在实际上一般不易发生这种情况。文献[4,5]简略报导了进行圆锥壳受均匀外压作用下或弯曲和轴向压力混合作用下的实验结果。实验均按实际上常见的壳体沿轴向受压方向加载,但其工作似欠完整可靠。     

轴对称横观各向同性浅球壳受物体撞击的非线性动力响应分析

基于非线性扁壳理论和弹性接触力学,建立了横观各向同性浅球壳在其顶部受集中载荷作用的非线性运动微分方程,根据Hertz定律,考虑撞击物与浅球壳之间的弹性接触效应,确定了壳体顶部所承受的冲击力,它与撞击物的质量、初始速度、壳体的几何和物理性质等因素相关.对此非线性动力问题,采用正交配点法与时间增量法求解.算例中,讨论了撞击物的冲击速度、壳体的厚度及中曲面曲率半径对壳体所受冲击载荷及其位移响应的影响.     

钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应

将壁厚为2.75mm、外径为100mm的钢质圆柱壳置于75g裸装圆柱形压装TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得了不同装药条件下圆柱壳的变形破坏特征。实验表明:非接触爆炸条件下,壳壁迎爆面局部破坏呈现碟型凹陷,同时沿壳体轴线方向产生了整体屈曲变形,且装药距离较大或药柱轴线与壳体轴线垂直放置情况下对壳体损伤程度较大;而接触爆炸时,壳壁发生破裂形成破口及破片。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法对圆柱壳的非线性动态响应过程进行数值模拟,分析了壳壁的屈曲变形过程及迎爆曲面中心点速度、位移时程曲线,计算结果与实验吻合较好。并基于数值计算确定了壳壁发生破裂的临界装药距离。     

扁壳结构弯曲与扭转振动控制试验研究

扁壳结构的弯曲与扭转振动控制对该类结构的应用具有重要意义。本文采用不影响壳体结构的粗压电纤维复合材料(MFC)作动器对其弯曲与扭转振动进行主动控制。建立局部表面粘贴MFC作动器的开口圆柱扁壳的动力学解析模型,得到了作动力和作动力矩的解析表达式,分析了扁壳结构上MFC作动器在弯曲与扭转振动控制中的作动机理。针对一开口碳纤维圆柱扁壳,设计了模糊PD控制器,开展了定频与随机激励下壳体弯曲与扭转振动控制试验,并与传统PD控制试验效果进行了对比。结果表明:MFC作动器在壳体弯曲和扭转振动控制方面作动能力突出;模糊PD控制器的控制效果优于传统PD控制器的控制效果。     

含压电层的功能梯度柱壳的自由振动分析

基于三维弹性理论，导出了带有压电层的圆柱形梯度壳的动力学方程以及相应的边界条件，用幂级数展开法得到了求解该圆柱形梯度壳自由振动的三维精确公式．通过实例模型求解了该壳体的自由振动的固有频率；分析了不同电学边界条件对壳体的振动频率的影响。结果可评估各种近似理论解和数值解的正确性。     

水輪机涡壳应力和位移的研究

水輪机金属涡壳是断面成螺綫收縮的非对称壳体,目前用壳体理論还不能完善地計算它的应力和位移。本文介紹了用金属涡壳模型試驗方法进行应力和径向位移的研究;并将应力測定的結果与按的涡壳应力計算公式进行了比較和分析。