基于区域分解的环肋圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析

提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下环肋骨圆柱壳-圆锥壳组合结构的振动特性.首先把组合壳体分解为自由的圆柱壳、圆锥壳段;视环肋骨为离散元件,根据肋骨与圆柱壳段之间的变形协调条件,将肋骨的动能和应变能附加于圆柱壳段能量泛函中.然后基于分区广义变分和最小二乘加权残值法将所有分区界面的位移协调方程引入到组合壳体的能量泛函中.圆柱壳段、圆锥壳段位移变量的周向和轴向分量分别采用Fourier级数和Chebyshev多项式展开.以自由-自由、自由-固支和固支-固支边界条件的环肋骨组合壳体为例,采用区域分解法分析了其自由振动及在不同激励下的振动响应.通过与有限元软件ANSYS结果进行对比,发现两种方法计算结果非常吻合,验证了区域分解方法的计算精度和高效性.     

单层偏心圆柱薄壳的自由振动特性分析研究

本文从偏心圆柱壳截面的几何特性出发,将偏心圆柱壳问题转化为一个周向变厚度圆柱壳问题,随后利用其状态向量之间的传递矩阵将壳体的振动控制方程转化为矩阵微分方程形式,通过Magnus级数法求解传递矩阵得到频率方程。采用Lagrange插值法得到偏心圆柱壳体自由振动状态下的固有频率,并且与圆柱壳的固有频率进行了比较。对影响结构固有频率的主要参数进行了分析,得到了这些参数和固有频率之间的关系。本文不仅提出了一种有效求解偏心圆柱壳固有频率的新方法,同时亦可为检测偏心圆柱壳的偏心距提供一种新的思路和方法。     

含裂纹损伤充液圆柱壳的振动响应求解方法

薄壁圆柱壳流体冲击振动响应是一个复杂的流固耦合(FSI)动力学问题,对于薄壳状态监测与缺陷识别具有重要意义。基于Flügge壳体应力理论,得到壳体运动的高阶偏微分方程组(PDE),利用波传播方法获得圆柱壳系统振动响应。将壳体周围流体定义为理想声学介质,通过亥姆霍兹方程描述声压场,得到流固耦合条件下的薄壁圆柱壳受迫振动响应演变规律。针对薄壳裂纹损伤识别问题,基于断裂力学理论建立局部柔度矩阵,结合呼吸型线弹簧模型(LSM),构造裂纹附近应力及位移连续条件,获得含裂纹损伤充液圆柱壳的振动响应,进而给出一种基于振动能量流的裂纹损伤识别方法。研究结果表明：充液圆柱壳耦合系统在非线性激励下,位移响应在沿轴向、周向和径向的传播特性差异明显;裂纹的存在会导致结构局部柔度的降低和耦合系统固有频率下降;归一化输入功率流能够有效地对充液圆柱壳耦合系统进行结构裂纹损伤识别。研究结果可为充液薄壳振动响应方面的研究提供有益参考,也可为流固耦合条件下的结构裂纹损伤识别方面提供技术支持。     

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.     

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．     

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.     

层叠式PVDF压电作动器及圆柱壳的振动主动控制

设计了一个层叠式PVDF压电作动器用于壳结构的振动控制。考虑压电层、粘接层、壳体耦合关系,推导了表面局部粘贴层叠式PVDF压电作动器的圆柱壳的振动控制方程,给出了作动力与压电层和粘接层层数、厚度之间的关系以及作动力与作动器粘贴位置之间的关系。针对一端固定、另一端自由的圆柱壳,进行了振动控制仿真。结果表明层叠式PVDF压电作动器作动力与作动器层数近似成线性关系,增大作动器层数能有效增大作动力,在低控制电压下能显著抑制圆柱壳振动,作动器周向不完全粘贴时,在径向产生的径向作动力对壳体横向振动控制非常有利。说明了层叠式PVDF压电作动器是一种可用于壳体结构振动并具有良好作动效果的作动器。     

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。     

基于均匀化转换方法的FGM圆柱壳静水压力下临界压力预测研究

依据经典Flügge壳体理论,利用功能梯度材料(FGM)和均匀材料物理性质和力学行为相似性的均匀化转换计算方法,研究了静水压力下FGM圆柱壳临界压力的预测方法。针对水下FGM圆柱壳耦合系统的振动问题,考虑流体影响,采用波动法推导出相应的振动方程,使用了牛顿迭代法,以确定在静水压力下FGM圆柱壳的固有频率。根据临界载荷与固有频率为零的载荷水平线性相关性,运用拟合曲线法和均匀化转换后的公式法对静水压力下FGM圆柱壳临界压力进行了预测分析,并讨论了FGM圆柱壳各项参数对静水压力下FGM圆柱壳临界压力的影响。结果表明,FGM圆柱壳的材料弹性模量E合值、几何尺寸h/R和L/R,以及不同边界条件改变对临界压力影响较大。通过对多组算例的对比分析,证明了本研究方法的正确性和有效性。使用该方法进行预测的精度高,计算量小,能够为非均匀结构力学行为的分析提供新的研究途径。     

充液圆柱壳的自振特性

文内含液圆柱壳的自由振动方程组以力矩理论为基础,壳面位移用梁函数逼近。壳内的流体力学方程用有限Hankel变换分段求解,结果能满足全流场条件。用广义液动压力表示流体与结构的相互作用,从而把充液圆柱壳的自由振动归结为广义代数特征值问题。为了比较方法的精度,以两端简支、端头有刚性平面限制的圆柱壳为例,计算了空壳和充液壳的频率,初步讨论了各阶频率与周波数的关系,最易激发周波数的变化规律。理论计算的频率值与实验结果一致。     

弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动分析

旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型;然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析解;最后,通过数值算例分析了微圆柱壳模态频率的影响因素。结果表明：Pasternak弹性支撑比Winkler弹性支撑更有利于提高微圆柱壳的模态频率;改变弹性支撑的刚度系数、轴向力、外加电压、孔隙分布、材料体积分数指数和结构尺寸可调节微圆柱壳的模态频率;孔隙体积分数越大,温度或轴向力对模态频率的影响越大,而电压对模态频率的影响则越小;不同材料指数下,增大孔隙体积分数对模态频率的影响趋势不同;弹性支撑会减弱温度、轴向力和电压对模态频率的影响,对薄圆柱壳或短圆柱壳模态频率的影响较为显著。     

轴向运动层合圆柱壳体的振动特性

研究了轴向运动层合圆柱壳体的振动特性．基于Donnell壳体理论,建立了轴向运动层合圆柱壳体的横向振动方程,使用Galerkin方法求解该振动方程,得到其固有频率,通过与有限元结果对比说明方法的有效性．分析了轴向速度、纤维方向角、长径比和厚径比对壳体振动特性的影响．研究表明：当纤维方向角为 (15?/-15?)s时,轴向运动柱壳前3阶固有频率达到最大值．     

可渗透圆柱壳流固耦合问题的流场与内力分析

在弹性薄壳的非线性理论和流体力学基本方程的基础上,研究了可渗透圆柱壳的流固耦合问题.假定壳体具有均布孔隙且孔的面积很小,不考虑其阻力,忽略对弯曲刚度和壳体腔内流体微小运动影响,应用相容欧拉--拉格朗日法建立了带孔的圆柱壳在流体中相互作用的基本方程.通过具体算例求解,给出了流场速度与压力的变化、圆柱壳的变形及内力分布,并对相关参数进行了讨论.     

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。     

水下环向双周期加肋圆柱壳体的自由振动

以浸没于水中的弹性环向双周期加肋薄圆柱壳为研究对象，考虑介质与结构振动的耦合效应，研究流固耦合系统的自由振动。基于Kennard薄壳理论、Helmholtz方程以及壳壁外表面的运动协调条件，并借助Dirac-δ函数引进肋骨对壳体的作用，从而建立耦合系统的运动方程。通过富氏积分变换、引进算子，并利用算子的周期性，得到系统的频率方程。采用沿实波数轴搜索求根的方法，重点计算了水下无限长环向双周期加肋柱壳的自由传播波频率系数，并进一步研究了流场和肋参数对壳体固有频率的影响。     

含有初始缺陷双曲扁壳的固有振动特性分析

以工程中常用的双曲壳结构如圆柱壳、球壳、双曲抛物壳为研究对象,利用薄扁壳理论,基于瑞利-里兹法和切比雪夫多项式求得了几种边界条件下的双曲扁壳的自由振动固有频率,并与ANSYS分析结果进行了对比,验证了该方法的适用性。详细研究了在不同边界条件下的双曲扁壳的几何参数、初始几何缺陷尺寸、初始几何缺陷密集程度对频率大小、频率转向、振型变化的影响。结果表明:随着壳体结构厚度的增加及曲率半径的减小,壳体的固有频率会增加;几何缺陷半波数及缺陷尺寸对频率影响情况较为复杂,并且会使系统发生频率转向问题,这些结果对于工程实际具有重要的理论指导意义。     

同轴圆柱壳流固耦合附加质量研究

论文根据堆本体内窄间隙同轴设备支承筒的结构特征、边界条件和窄间隙环腔内流体流速,将结构简化为一端固定一端自由的同轴圆柱壳,将圆柱壳内外的流体简化为无旋、无黏、不可压缩流体.同轴圆柱壳通过流体压力场实现耦合,其径向位移模态决定了窄间隙流体域的压力场,故采用级数形式的圆柱壳径向正交位移模态构建既满足一端固定一端自由边界条件...     

宏纤维压电层合壳结构非线性屈曲分析

以纤维压电MFC （Micro-Fiber Composite）层合圆柱壳为例,研究了其在准静态屈曲下的非线性振动响应。基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设,采用大转角几何全非线性理论,建立了带有纤维角度的MFC层合壳结构的非线性屈曲与振动分析模型。采用全拉格朗日方程（Total Lagrange Formulation）对非线性模型进行线性化处理,并结合Riks-Wempner弦长控制迭代法进行准静态求解,然后在每个解点进行自由振动分析。通过与文献数据对比验证了所建模型的准确性。并用该计算模型对MFC-d31层合圆柱壳进行屈曲及自由振动分析,研究了几何参数（曲率、厚度、纤维角度和不同外加电压）对频率的影响。结果表明,厚度、曲率和纤维增强角度对结构的临界载荷有显著的影响,且结构的临界载荷随着上述参数的增大而增大;电场强度可对不同纤维角度壳体的自振频率进行调节,能够提高结构的临界载荷;纤维角度越大,电压对结构自振频率调节的效果越明显。     

势流中可渗透圆柱壳的变形与压力分析

应用弹性薄壳和流体力学的基本方程,采用相容拉格朗日-欧拉法研究了可渗透圆柱壳在理想流体横向绕流时的弯曲变形及流体压力.假定流体的渗透仅沿变形表面的法线方向,各参数沿壳体表面连续.根据边界条件给出流体势函数的表达式,由相同角度的余弦系数相等得到流体对壳的法向力和切向力.根据求得的作用力并给出圆柱壳变形函数表达式,得到可渗透圆柱壳理想流体绕流的变形表达式.通过具体算例与文献结果进行比较,结果吻合较好.所得结果具有较好的通用性,不可渗透圆柱壳理想流体横向绕流变形问题可以看成本文研究内容的特殊情况.     

充液层合压电圆柱壳的自由振动

推导得到轴向极化的圆柱型正交各向异性压电弹性力学的三维状态方程，采用细分近似方法，得到了状态方程的解，并建立了圆柱壳内外表面边界量之间的传递关系，分析了内充可压缩流体的层合压电圆柱壳的自由振动问题，给出了频率方程的精确形式，并作了具体计算。