损伤圆柱壳的振动功率流特性研究

研究了含有环向表面裂纹损伤的无限长圆柱壳中的波传播和振动功率流特性.用Flügge方程来描述圆柱壳的振动.对于裂纹损伤圆柱壳,运用断裂力学的理论,考虑到裂纹的张开、滑移和剪切三种状态建立了裂纹区域的局部柔度矩阵,得到由此引起的附加广义位移和壳体中内力之间的关系.根据裂纹两侧区域的位移和内力的连续性条件得到了四支反射波和四支透射波的幅值,继而求得壳体中各内力传播的功率流.分析了透射功率流、反射功率流与激励频率和裂纹尺寸之间的联系.文中的研究为基于振动功率流方法识别圆柱壳表面损伤提供了理论基础.     

一种含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射计算方法

为解决含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射快速预报问题,提出一种解析-数值混合方法.将整个结构分为水下圆柱壳和内部结构两部分,采用轴对称边界元法得到圆柱壳表面声阻抗,结合Flügge壳体理论,建立水下圆柱壳的数理模型;采用有限元法建立内部结构的动力学模型.根据圆柱壳与内部结构接触点的位移协调和内力平衡条件,建立整个结构的动力学方程,求解方程得到壳体表面振动速度,再采用边界元法得到声场中任意一点的辐射声压.通过与数值软件计算结果对比,验证了本文方法的正确性.本文方法在改变内部结构进行多方案对比分析时具有显著的计算速度优势.     

正交各向异性圆柱壳弹性稳定性分析的比较研究

本文应用三种壳体理论,对静水压力作用下正交各向异性圆柱壳的弹性稳定性进行了比较分析.利用正交各向异性圆柱壳的内力表达式和在静水压力作用下的正交各向异性圆柱壳的平衡方程,推导出三个位移的微分表达式,并给出了三种理论的差异.针对两端薄膜简支边界条件,对壳体的稳定性进行了分析.讨论了正交各向异性对偏差的影响以及产生偏差的原因,并指出了文献[5]的一个错误.     

Vibration characteristics analysis of ring-stiffened conical shells based on power series method北大核心CSCD

[目的]旨在利用解析法求解环肋圆锥壳的振动方程,对环肋圆锥壳的振动特性进行理论研究。[方法]首先,对圆锥壳分段处理,将圆锥壳沿母线方向、环向和法向的位移分别写成幂级数解的形式,并推导出幂级数项前系数的递推关系式;然后,采用梁模型模拟不同环肋数对圆锥壳振动响应特性的影响;接着,将圆锥壳分段及其环肋边界条件、位移和内力矩阵进行组装求解,得到在外部简谐力激励下圆锥壳的振动响应特性,并将所得结果与ANSYS有限元数值方法的计算结果进行对比,验证所提计算方法的有效性。最后,运用所提理论方法进行环肋圆锥壳的振动特性分析。[结果]结果显示,圆锥壳安装的环肋可明显抑制圆锥壳的振动,具体表现为响应幅值降低、固有频率升高,且在相同频段内共振峰数量减小;增大壳体厚度会引起壳体振动响应幅值降低以及固有频率升高;此外,增大半锥角、轴线长度和环肋数均可降低环肋圆锥壳的振动响应幅值。[结论]研究表明,所用方法对环肋圆锥壳振动的理论研究具有一定意义。     

层合圆锥壳的声辐射

为了研究流体载荷作用下正交铺设层合圆锥壳的声辐射,详细研究了一个锥壳的声辐射理论模型。通过把层合圆锥壳划分为许多小段圆柱,处理作用在锥壳上的重质流体载荷。然而,锥壳的位移场仍然由单个锥壳的运动方程描述。锥壳的位移利用波传播法和Galerkin法求解。锥壳的远场声辐射利用两端带无限障板的全部圆柱段的声辐射相叠加。声压在波数域表示。研究了层合锥壳的结构声辐射特性。     

深海载人潜水器耐压球壳的接触有限元分析

深海载人潜水器在海洋资源勘察和深海科学研究如热液喷口研究、地球物理和地球化学等方面发挥越来越重要的作用.在载人潜水器的研制过程中,载人耐压球壳的安全性最受关注.基于对载人耐压球壳特点的分析,作者认为在出入舱口和三个观察窗部分严格来说是接触问题,应该采用接触有限元分析的方法而不是通过假定没有滑动采用传统的有限元分析.本文对接触问题的基本理论以及数值技术如搜索策略、最终的方程和算法等进行了介绍.然后采用有限元方法对一个深海载人耐压球壳的接触问题进行了分析.基于应力应变的分析结果,对摩擦系数对接触区应力分布的影响也进行了研究.分析发现在出入舱口和三个观察窗部分应力是协调的.通过对观察窗附近两种不同材料的变形协调分析也验证了观察窗设计的合理性.     

齐次边界条件下圆柱壳的自由振动研究

基于Flügge弹性薄壳理论研究圆柱壳在齐次边界条件下的自由振动问题.圆柱壳的自振频率通过位移控制方程和边界条件控制方程联立求解获得.引入一般形式的位移函数之后,位移控制方程能够得到关于频率和波数的频散图,联合边界条件后转化为8阶矩阵行列式的零点求解.讨论自振频率点在频散曲线中的位置,给出纯虚数曲线分支的含义.还讨论精确解和常用梁方法的联系,研究振型在3个频率区域变化的情况.     

余弦载荷作用下圆锥壳的动力屈曲研究

本文采用数值方法对圆锥壳在余弦载荷作用下的动力屈曲问题进行了探讨.利用非线性几何方程建立了锥壳的基本动力屈曲方程.采用级数展开和伽辽金法等方法对方程进行了简化,使之成为常微分方程.方程的求解则采用龙格库塔法,最后给出临界冲击载荷值.     

在静液压力作用下相交球壳与有加强圆形切口球壳的应力分析

本文给出了在静液压力作用下,相交球壳与有加强圆形切口球壳的应力计算方法。 对于相交球壳的应力计算,从球面扁壳方程出发,利用Thomson函数求得了球面扁壳方程的解,借助Thomson函数的多项式逼近式,给出了数值计算结果。 对于有孔球壳的应力计算,基于挠度函数ω=ω_o~β(-2)的近似简化假定,导出了球面扁壳方程的解。然后,再利用连接条件和球壳的变分方程式,确定解中的待定常数。与现有理论值及试验值的比较,结果令人满意。     

耐压圆柱壳体的临界失稳压力预测

临界失稳压力是耐压圆柱壳体结构设计和工程应用的关键参数,本文整合了前人的假设条件,通过微元法推导了圆柱壳失稳的应变—位移几何关系,继而应用静力学法求得了圆柱壳的最小失稳波数及对应的临界失稳压力.建立了同时考虑初始几何缺陷和材料非线性的圆柱壳体屈曲分析数值模型,得到的圆柱壳最小失稳波数与理论计算结果相同,临界失稳压力的数值结果与理论结果基本吻合,两者偏差随圆柱壳长径比的增大而减小.案例分析结果显示,与前人理论模型相比,本文理论模型给出的临界失稳压力更加贴近试验结果,但在圆柱壳长径比为1的情况下,理论计算结果与试验结果有一定的偏差,还有待进一步研究.     

流场中任意厚度阻尼复合圆柱壳的声辐射(英文)

The insertion loss of acoustic radiation of damped cylindrical shell described by 3-D elasticity Navier equations under radial harmonic applied load in fluid is presented. The classical integral transform technique, potential theory and Lamè resolution are used to derive the solutions of Navier equations. The higher precision inversion computation is introduced to solve the linear equations. Comparing with acoustic radiation of one-layer cylindrical shell, the influence of thickness, mass density, dilatational wave loss factor and Young's modulus of damping material and circumferential mode number of the cylindrical shell on the insertion loss is concluded. The theoretical model in the paper can be used to deal with the arbitrary thickness and any frequency of the coated layer in dynamic problem. The conclusions may be of theoretical reference to the application of damping material to noise and vibration control of submarines and underwater pipes.     

SWT方法在内部充水弹性球壳散射的应用

采用Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法研究了内部充水弹性球壳的散射,应用绕数积分求根方法在频率域复平面和波数域复平面求解环绕波的频散方程。比较了弹性球壳在内部真空和内部充水两种情况下环绕波相速度曲线和衰减曲线,结果表明内部流体负载使得相对于内部真空情况有大量流体环绕波产生,相邻流体环绕波相速度曲线的"排斥"现象是明显的,流体波向周围媒质的再辐射作用在其相速度接近内部真空球壳弹性环绕波相速度的时候达到局部极值。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。     

Analysis and experiment of a vessels shell cover in submarine structure

This paper aims to achieve analysis and experiment results that relate to mechanics capability and structural parameter of a special saddle shell of revolution. Theoretically speaking, the saddle shell of revolution consists of a toroidal shell and a spherical shell. The shells simultaneous equations can he solved with harmonious terms. Where, the fundamental equations can be solved by asymptotic exponential perturbation method. The equations of special solution can be solved by Hovozhilovs special solution. This new idea is from a study of some existing solutions of the toroidal shell. The results have heen proved by eompared with some experimental results. The experiments aims to study the effect caused by change of material parameter,or by change of different geometrie dimensions of the saddle shell,which include the ehange of thickness, the change of radius of shell, and the change of ribs. Finally, the accepted product of the saddle shell were reinforeed by a toroidal rib has been submitted.     

运用弹性理论研究有限长圆柱壳声辐射的一个通用方法(英文)

A general method was proposed to study the sound and vibration of a finite cylindrical shell with elastic theory.This method was developed through comprehensive analysis of the uncoupled Helmholtz equation obtained by the decomposition of elastic equations and the structure of the solution of a finite cylindrical shell analyzed by thin shell theory.The proposed method is theoretically suitable for arbitrary thickness of the shell and any frequency.Also,the results obtained through the method can be used to determine the range of application of the thin shell theory.Furthermore,the proposed method can deal with the problems limited by the thin shell theory.Additionally,the method can be suitable for several types of complex cylindrical shell such as the ring-stiffened cylindrical shell,damped cylindrical shell,and double cylindrical shell.     

有限长加筋圆柱壳水下声辐射的精细传递矩阵法

基于传递矩阵法,结合非齐次项的精细积分方法,提出了一种求解加筋圆柱壳动响应的精细传递矩阵方法。该方法基于圆柱壳结构的一阶振动微分方程,得到加筋圆柱壳的场传递矩阵和点传递矩阵,结合非其次项的精细积分方法和增维存储的办法考虑广义声压激励的作用。利用流固耦合交界面处的连续条件,实现声压系数的求解。开展了模态收敛性分析,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证方法的有效性。同时分析了边界条件及环肋数目等对声辐射的影响。     

静水压力对水下环肋圆柱壳输入功率流的影响

研究了考虑静水压力时水下环肋圆柱壳在周向余弦线分布力激励下的输入功率流特性。圆柱壳体和外流场的振动分别由Flügge壳体方程和Helmholtz波动方程描述,静水压力的影响以额外应力的形式计入壳体振动方程当中。探讨了静水压力对输入功率流的影响。结果表明外部静水压力使输入功率流曲线沿频率轴往左移动,即往低频方向移动。静水压力越大,影响越大;周向模态数越大,影响越大。文中结果对水下环肋圆柱壳的振动与噪声控制有一定的指导意义。     

SPSM and its application in cylindrical shells

In naval architectures, the structure of prismatic shell is used widely. But there is no suitable method to analyze this kind of structure. Stiffened prismatic shell method (SPSM) presented in this paper, is one of the harmonic semi-analytic methods. Theoretically, strong stiffened structure can be analyzed economically and accurately. SPSM is based on the analytical solution of the governing differential equations for orthotropic cylindrical shells. In these differential equations, the torsional stiffness, bending stiffness and the exact position of each stiffener are taken into account with the Heaviside singular function. An algorithm is introduced, in which the actions of stiffeners on shells are replaced by external loads at each stiffener position. Stiffened shells can be computed as non-stiffened shells. Eventually, the displacement solution of the equations is acquired by the introduction of Green function. The stresses in a corrugated transverse bulkhead without pier base of an oil tanker are computed by using SPSM.     

由圆环板正交连接的带纵筋双层圆柱壳弹性屈曲

本文用相邻平衡法建立了均匀外压下的纵横加强的圆柱壳平衡方程,提出了求解板格屈 曲和肋间壳板屈曲理论临界压力的高精度解法。它可以应用于双层和单层两种圆柱壳,能退 化到不带纵筋的圆柱壳,故具有广泛的适用性和较高的精度,并提出了板格失稳和肋间壳板失 稳工程简化计算公式。     

考虑流体静压时充液圆柱壳的输入能量流特性

研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的受迫振动能量流的影响。静压力作为预应力计入壳体振动方程当中，壳体和流体分别采用Fliigge方程和Helmholtz波动方程。分析了耦合系统在周向线分布余弦载荷下的动态响应．用傅立叶变换和反变换实现空间域与波数域之间的相互转换，采用留数定理求取系统的响应并得到耦合系统的输入能量流。结果表明，周向模态数n=0时，静压力对耦合系统的输入能量流影响很小；n较大时，在中低频下静压力使输入能量流曲线沿频率轴右移，由于输入能量流的峰值点处的频率对应于频散曲线中各支传播波的截止频率，对应传播波的截止频率升高，高频时则基本无影响。随着静压力以及周向模态数的增大，输入能量流受到的影响程度也增大。     

实肋板式耐压液舱结构计算方法研究

应用弹性力学经典理论和求解环肋柱壳的传统方法,将耐压液舱结构的几种结构形式综合成统一的力学模型,进行整体求解,获得各应力解析表达式;提出了液舱区耐压船体壳板极限承载能力及波舱壳板失稳压力的计算方法。力学模型清晰合理,求解简便,计算结果符合实际,可应用于工程设计。