基于缺陷敏感性分析的加筋圆柱壳结构设计

为了对加筋圆柱壳进行面向低缺陷敏感度的结构设计,针对一个直径为3m 的正置正交加筋圆柱壳,基于显式后屈曲数值分析,研究了预制不同幅度的内凹、外凸双曲母线形状设计的加筋圆柱壳轴压临界荷载对初始模态缺陷的敏感性。结果表明：外凸双曲母线形状可在幅度为20mm时提高含缺陷结构的轴压临界荷载,可达6.6%,表现为对缺陷的低敏感性;内凹双曲母线则可在幅度为-10mm时小幅提高完善结构的轴压临界荷载,可达1.7%;当加筋圆柱壳应用于运载火箭的燃料贮箱时,燃料加注会升高贮箱内压,因此可通过内压控制形成外凸形状来降低结构的缺陷敏感性。     

薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究

针对在轴向载荷作用下的正置、正交网格形式的薄壁加筋肋圆柱壳结构，利用有限元程序，对薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析进行了参数化研究，得到了进行结构优化设计的准则，对于给定的设计载荷，当结构参数位于某一个局部失稳与整体失稳的临界区域时，结构的重量最轻。提出了基于有限元分析进行结构优化设计的策略，利用优化策略，获得了一薄壁加筋肋圆柱壳结构的优化设计结果，同时给出了粘合刚度简化模型与有限元计算结果的比较。     

激光辐照下圆柱壳结构的稳定性分析

针对航天工程中常用的承受轴压作用的薄壁圆柱壳,分别采用解析方法与特征值屈曲有限元方法分析了圆柱壳结构在均匀轴压作用下的稳定性能,得到了屈曲承载力.并进行了对比,验证了有限元模型的合理性.采用线性屈曲特征值有限元方法分析了强激光辐照作用下圆柱壳的稳定性能,分析表明激光辐照导致壳体局部温度上升并由此带来材料参数的改变,是因为激光辐照在壳体中引起了热应力与热应变,使轴压圆柱壳的屈曲承载力明显降低.论文还着重对加筋圆柱壳结构的稳定性进行了研究,数值分析结果表明,加筋能有效提高圆柱壳结构的抗压承载力,激光辐照作用下,加筋对轴压作用下圆柱壳的屈曲承载力的提高作用更为明显.     

含初始缺陷复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计

针对复合材料格栅加筋圆柱壳具有多约束、连续变量和非连续变量混合的特性,基于复合材料中厚圆柱壳体的非线性稳定性理论,考虑优化目标和约束鲁棒性,采用混合遗传算法,提出了一种非完善复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计方法.应用正交设计理论确定主要的鲁棒优化设计变量,简化了运算过程,从而提高了优化分析效率;同时又采用五点差分格式代替梯度运算,解决了在优化计算过程中不可求导的问题.通过典型算例表明,鲁棒优化设计所得到的优化分析结果与传统确定性优化方法相比差别较大,此外壳体的初始缺陷亦将对优化结果产生很大的影响.     

水下爆炸载荷作用下环肋加筋圆柱壳结构的弹塑性动力屈曲

为研究水下爆炸载荷作用下潜艇结构的动力屈曲现象,以潜艇耐压结构的简化模型环肋加筋圆柱壳结构为研究对象,建立流固耦合有限元分析模型,应用瞬态有限元分析程序MSC.Dytran对该结构在水下爆炸冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲行为进行研究,基于Budiansky-Roth准则和Southwell方法确定环肋加筋圆柱壳结构的临界屈曲载荷,讨论结构动力屈曲的影响因素如载荷强度、网格密度、径厚比、长径比、加筋截面间距、加筋尺寸等对环肋加筋圆柱壳结构动屈曲模态和临界屈曲载荷的影响。结果表明:采用建立的流固耦合有限元分析模型,应用动力瞬态有限元软件MSC.Dytran可以对加筋圆柱壳结构的动力屈曲行为进行模拟,模型网格尺寸大小、结构几何参数对结构的动力屈曲临界载荷都有一定的影响,其中加筋圆柱壳结构的径厚比对结构的动力屈曲临界载荷影响最为显著。     

刚性角隅内圆柱壳结构声辐射特性研究

本文对流场中处于刚性角隅内圆柱壳结构振动-声辐射问题进行研究.基于双反射方法,推导了位于两个垂直刚性壁面角隅区内圆柱壳结构的振动-声辐射方程.以此为基础,开展受线环向激励力作用的圆柱壳结构的振动-声辐射特性的数值计算.研究了刚性角隅内圆柱壳结构布置位置及计算频率对声辐射功率、声指向性的影响.计算结果可为分析含复杂声学边界的结构声振问题提供技术支持.     

考虑几何缺陷的非均匀加筋圆柱壳结构优化设计

为了提高加筋圆柱壳结构的承载能力,提出了一种新型的非均匀加筋圆柱壳结构设计方案,其中加筋圆柱壳筋条体系采用非均匀布置的方式.本文基于非线性显式动力学方法对非均匀加筋圆柱壳进行了稳定性分析,得到了壳体完善结构和缺陷结构的承载能力.研究结果表明:在不改变结构质量的情况下,非均匀加筋圆柱壳结构以降低壳体两端刚度和增强壳体中部...     

双层加筋圆柱壳在不同舷间连接形式下的声辐射性能分析

论文用解析法推导得出了双层加筋圆柱壳的两种舷间连接形式-实肋板和托板的反力表达式,其中实肋板的振动形式分别采用三种振动方程近似表示-考虑板的面内面外振动、仅考虑板的面内振动、仅考虑板的面内准纵波振动,托板的振动形式也分别采用三种振动方程近似表示-考虑板的面内振动、仅考虑板的面内准纵波振动、近似成杆的纵向振动,数值分析对比得出了不同方法的偏差值;并对不同连接方式的双壳声辐射性能进行了比较,得出结论当托板铺满整个环面时,结构与环肋板相似,辐射性能也与环肋板连接相似.     

考虑结构损耗时水中圆柱壳的振动声辐射特性研究

基于圆柱壳的振动方程以及壳与流体边界上振速连续条件,推导了简支在刚性圆管上的有限长圆柱壳的低频声辐射的自辐射阻抗和互辐射阻抗计算公式,在考虑结构损耗情况下求解了圆柱壳的机械阻抗、表面振速、辐射声功率、辐射效率以及辐射声场的分布特征。结果表明:低阶模态自辐射阻抗大于互辐射阻抗,且自辐射阻随模态阶次增大迅速减小;当p、m同为偶数或奇数时模态辐射阻系数rpmqq大于零,反之小于零。模态辐射抗系数xpmqq在零值附近波动并当ka趋于无穷大时xpmqq都趋向零;p与m相差越大,rpmqq和xpmqq越小。当激励力频率较低时圆柱壳辐射声场指向性为"∞"和"8"叠加的形状;随频率增高,轴向模态和周向模态综合效果导致辐射声场指向性趋于复杂。计算简支圆柱壳的声辐射特征,必须要考虑结构的损耗。     

舱壁和环肋加强的无限长圆柱壳声弹耦合模型及其声特性

基于最一般情况,借助线弹性薄壳理论,建立了加肋圆柱壳声辐射计算模型,分析模型考虑了环肋和舱壁对圆柱壳的径向、切向、纵向作用力以及纵向弯矩.导出了分析模型的声弹耦合控制方程,利用傅氏变换和模态展开给出了辐射声压的计算方法.通过大量数值计算,研究了舱壁、环肋刚度与间距以及结构阻尼等因素对辐射声压的影响.分析模型与工程实际比较接近,有较广的应用范围.     

ANALYSIS OF SOUND RADIATION FROM THE RING－STIFFENED CYLINDRICAL SHELL COATED WITH VISCOELASTIC LAYER IN FLUID MEDIUM

The Donnell theory of shell is applied to describe shell motion and layer motion is described by means of three-dimensional Navier equations. Using deformation harmonious conditions of the interface, the effects of stiffeners and layer are treated as reverse forces and moments acting on the cylindrical shell. In studying the acoustic field produced by vibration of the submerged ring-stiffened cylindrical coated shell, the structure dynamic equation, Helmholtz equation in the fluid field and the continuous conditions of the fluid-structure interface compose the cou-pling vibration equation of the sound-fluid-structure. The extract of sound pressure comes down to the extract of coupling vibration equation. By use of the solution of the equation, the influences of hydrostatic pressure, physical characters and geometric parameters of the layer on sound radiation are discussed.     

A NOVEL SEMI-ANALYTICAL METHOD FOR SOLVING ACOUSTIC RADIATION FROM LONGITUDINALLY STIFFENED INFINITE NON-CIRCULAR CYLINDRICAL SHELLS IN WATER

Based on the extended homogeneous capacity high precision integration method and the spectrum method of virtual boundary with a complex radius vector, a novel semi-analytical method, which has satisfactory computation effectiveness and precision, is presented for solving the acoustic radiation from a submerged infinite non-circular cylindrical shell stiffened by longitudinal ribs by means of the Fourier integral transformation and stationary phase method. In this work,besides the normal interacting force, which is commonly adopted by some researchers, the other interacting forces and moments between the longitudinal ribs and the non-circular cylindrical shell are considered at the same time. The effects of the number and the size of the cross-section of longitudinal ribs on the characteristics of acoustic radiation are investigated. Numerical results show that the method proposed is more efficient than the existing mixed FE-BE method.     

求解水下纵向加肋无限长非圆柱壳声辐射问题的一种新的半解析方法

基于齐次扩容精细积分法和复数矢径虚拟边界谱方法,利用Fourier积分变换和稳相法,提出了一种具有较高效率和精度的新的求解水下纵向加肋无限长非圆柱壳声辐射问题的半解析方法.考虑了非圆柱壳和肋骨之间同时存在多种相互作用力和力偶矩,较已住很多学者仅计及法向相互作用力更加符合实际.不仅比较了该文方法和精确计算纵向加肋圆柱壳在集中点力激励下的声辐射计算结果,同时还研究了肋骨数量、大小以及椭圆柱壳横截面椭圆度对声辐射特性的影响.数值计算结果表明该文方法较已有的混合FE-BE法更为有效.     

激光辐照下预内压低碳钢圆柱壳爆裂断口分析

通过实验揭示了预内压低碳钢薄柱壳在激光辐照下裂纹萌生、扩展和止裂过程的较完整物理图象。对断口特性进行了深入分析，发现辐照区上裂纹的形成和扩展机制以韧性为主，断口在柱壳壁厚度方向有明显分层，如外层为塑性变形层，内层是韧窝或层状撕裂，部分试件的最内层出现脆性石头状断口。给出了激光辐照区应力分布与裂纹萌生之间的关系，同时探讨了激光辐照区材料金相组织变化对材料细观损伤和初始裂纹萌生的影响，有助于进一步对激光辐照下柱壳的断裂问题进行更深入的理论研究。     

曲面柱壳单元及柱壳相贯的有限元分析

本文在正交曲线坐标中建立了一个二十四自由度的壳单元,分析了正交柱壳相贯线上两柱壳的位移与转角并建立了相互转换关系,用主从约束的方法联合求解。几个算例表明,该单元具有较高精度,结果整理简便。用于工程计算可节省大量机时。     

轴压加筋板壳的弯扭稳定性分析

以统一的方式分析了轴压加筋板壳的弯扭稳定性.根据小挠度能量法,采用了约束剪心概念并考虑了加筋条偏心距,截面的翘曲刚度及剪心和形心间位置偏差等因素的影响,推导了屈曲方程。例题计算的结果表明了所提出方法的可行性。     

柱面扁壳的非线性数值分析

本文研究了柱面扁壳在均布荷载作用下的大变形弯曲问题。首先导出了位移型非线性控制微分方程,然后结合两种边界情况(简支与固定)给出了用正交配点法进行解算的详细公式。     

具脱层的正交铺设圆柱壳的初始后屈曲分析

基于非线性弹性理论,建立了含脱层正交铺设圆柱壳的后屈曲控制方程,应用Koiter初始后屈曲理论和小参数摄动法,导出了系统的一阶和二阶摄动控制方程,以及相应的边界条件、位移连续条件和力平衡条件,然后逐阶求解.算例中,讨论了不同脱层深度和长度对脱层复合材料圆柱壳屈曲和初始后屈曲特性的影响,并与已有文献进行了比较.