考虑流体静压时充液圆柱壳的频散特性分析

该文研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的频散特性的影响。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Flügge方程和Helmholtz方程。结果表明,静压力对充液壳和未充液壳中传播波的影响一致,仅对第一支传播波有影响,并且使波数减小,周向模态数n较大时使起始频率升高;对其他各支传播波几乎没有影响。随着静压力和周向模态数的增大,对传播波的影响程度增大。     

浸没在流场中的双壳结构波动特性

以浸没在流体声介质中的双层圆柱壳为研究对象,给出了静压下双壳流固耦合系统频散方程,基于Muller-Newton法和围线积分法分别开展了实数域和复数域频散方程的计算。探索了静水压力对双壳频散特性和输入功率流的影响规律。在此基础上,分析了不同周向模态下双壳结构波的传递性质。结果表明:4.5 MPa静水压力降低了高阶周向模态下低阶波的传播速度;在n=0时静水压力增大了输入功率流的峰值;各种传播波随着无量纲频率的增加表现为弯曲波、拉伸波和扭转波等形式。     

双壳结构频散特性及聚能效应分析

以浸没在流场中的双层圆柱壳为研究对象,分析了静水压力、不同边界条件对其频散特性的影响规律。在典型壳体结构多模式频散特性分析基础上,探索双壳结构复杂激励下的能量聚集现象,初步给出了壳体能量聚集判据。结果表明:壳体4.5 MPa静压下增大了壳体高阶周向模态下低阶波的传播速度。壳体边界条件对低阶周向模态对应的无量纲振动频率影响较为显著。壳体聚能效应在低阶周向模态下较为显著;随着周向模态数增加,结构声的能量聚集现象逐渐向高频移动。     

加肋圆柱壳体的振动功率流

本文研究环肋圆柱壳在周向线分布余弦简谐力激励下由振源输入壳体的功率流及沿壳体传播的功率流,分析了肋骨参数对功率流的作用,结果表明:各内力功率流分量的比例主要取决于激励频率和周向模态,而几乎不受肋骨的影响,除非该肋骨产生了波的衰减域。     

充液管道轴对称波的传播与衰减分析

在很多工程状况下,特别是船舶和海洋工程领域,管道的振动、噪声和疲劳失效是极其严重的问题。文章对充液管道的轴对称波的传播与衰减进行了解析研究。首先推导了周向模态n=0的管道轴对称振动方程,然后分别得到s=1流体波和s=2壳体波的波数表达式。接着,对波数以及管道和流体的阻抗进行了数值计算和讨论。结果发现,在这种模态下,波的传播与衰减随频率变化(频散特性),与壳体厚径比和流体密度密切相关。事实证明,这种耦合振动分析方法是简洁有效的。     

充液圆柱壳的动态特性研究

基于经典的Flugge弹性薄壳理论和Helmholz波动方程,研究了充液圆柱壳的频散特性以及相速度和群速度特性,利用数值方法求得了特征方程的实数、虚数和复数根,并分别揭示了它们的物理含义,分析了内流场对于壳体动态特性的影响,给出了壳体中功率流和流体载荷的变化情况,从能量角度研究了充液圆柱壳的动态特性.研究表明,传播波的数量随激励频率的增加而增加,这些传播波的起始频率都是某一支近场波的截止频率.对于某一个固定的频率,存在有限数量的传播波和无限多的近场波.当n=0时,传播波是由弯曲波和纵向拉伸波构成的,并且Kelvin-Kirchhoff剪力的功率和弯矩的功率是相等的.     

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。     

流场中周期加肋圆柱壳受激振动的能量流输入特性

以一水下无限长周期加肋圆柱壳受迫振动的能量流输入为研究对象,分别用Flügge方程和Helmholtz方程建立壳体及声场的波运动方程,考虑肋骨的四种作用力和力矩,探讨了外流场对加肋圆柱壳受激振动输入能量流的影响,得出了外流场可以抑制系统能量流输入、水下加肋圆柱壳比充液加肋圆柱壳能量流输入弱的结论.     

流场中功能梯度材料圆柱壳的频散特性

文章基于Love壳体理论和Helmholtz波动方程推导了内外流场作用下功能梯度材料圆柱壳流固耦合振动方程。研究了流场作用下功能梯度壳内传播波的频散特性,并与各向同性圆柱壳进行比较。研究表明：在以拉伸和扭转运动为主的频段上,功能梯度壳体的材料特性改变对各支传播波相速度的影响较大,且扭转运动对应频段所受的影响大于拉伸运动对应的频段,而对弯曲波相速度的影响较小。该文可为水下航行器新型复合材料壳体的波动特性研究提供参考。     

加周期纵肋圆柱壳声辐射

本文研究了水中加周期纵肋圆柱壳在点力激励下的声辐射特性.壳体振动采用薄壳理论的Donnell方程描述,纵肋振动采用相互独立的梁的纵振动和弯曲振动方程描述.通过周向模态展开和轴向Fourier变换导出圆柱壳体径向振速表达式,使用波数域稳相法积分得到了远场辐射声压的解析解.数值计算给出了接收点正对激励点情况下的远场辐射声压级,并据此进行了机理分析.在加周期纵肋无限长圆柱壳中存在两类辐射机理:亚音速的弯曲波辐射和超音速的Bloch弯曲波分量辐射.由于圆柱壳体表面存在曲率,亚音速的弯曲波也能辐射极小部分能量到远场,并形成频带极窄的共振峰.加周期纵肋圆柱壳在周向是一种无限周期结构,存在多阶次的Bloch弯曲波.低于水中声波数的Bloch弯曲波分量能够通过相位匹配的方式高效辐射到远场.Bloch弯曲波的辐射存在一定的频率下限,其下限与纵肋的间距有关,纵肋间距越大辐射的频率下限就越低.     

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。     

正交各向异性圆柱壳的动力响应分析

从Fluegge关于圆柱壳的失稳方程出发，推导了正交各向异性圆柱壳在静水压力作用下，受到单位冲量作用的运动方程。本文使用模态叠加法求解瞬态响应方程，讨论了壳体参数和材料参数对于响应的影响，给出了部分结果。     

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.     

基于功能梯度材料的充液圆柱壳耦合振动研究

根据Love壳体理论研究了基于功能梯度材料的充液圆柱壳的耦合振动特性。利用波动法,推导出考虑液体影响时FG圆柱壳耦合系统的振动方程。通过变换轴向波数,得到不同边界条件下充液FG圆柱壳的固有频率。与已有文献的分析结果进行对比,验证了文中研究的准确性。研究表明,液体对FG圆柱壳的固有频率有着明显的影响,轴向半波数、边界条件和壳体长度与半径比对固有频率的影响主要表现在周向波数较小的情况下。     

A coupled numerical approach to simulate the effect of earthquake frequency content on seismic behavior of submarine tunnel

Roughly 90% of all natural vibrations have epicenters in offshore zones and may cause destruction of submarine and floating structures. Such excitations can influence the safe performance of facilities set up on the seabed, like tunnels, jacket legs and subsea oil pipelines. Some researches on this theme have been carried out to demonstrate the importance of seaquake analyses and their effects have been underlined. The present study intends to numerically simulate a two-dimensional fluid-structure interaction (FSI) problem in order to examine the dynamic response of submarine tunnel under real horizontal earthquakes. Pressure is considered as independent nodal variables to represent the fluid flow effects and the induced time-dependent acceleration in porous medium equation is incorporated in the analysis and the tunnel shell is considered as flexible. This work highlights the importance of the input ground motion frequency content that governs the development of the induced seismic stress/strain around the lining of the tunnel. The results demonstrate that for deep sea the increment rate of the circumferential stress caused by surface gravity waves is below 7% when compared to the no-wave interface condition. Moreover, it is confirmed that long-period record may amplify the overall response of the system (up to 60%) specially the lateral and vertical displacements, as well as the principal stress to a lesser extent. The developed numerical model can attend to further analysis of tunnels embedded in a half-space in conjunction with fluid undergoing the severe long-period earthquakes.     

Strength and stability of double cylindrical shell structure subjected to hydrostatic external pressure—II: stability

This paper is the second part of the structure study of double cylindrical shell subjected to hydrostatic external pressure. The author makes researches on the relationship between inner and outer shells of pressurized double cylinders using equilibrium conditions of forces and deformation compatibility conditions with ring plate orthogonally connected to inner and outer shells and puts forward the expressions of longitudinal and circumferential forces of double pressurized cylinder. In this paper, equilibrium equations are established for a double cylindrical shell stiffened longitudinally and transversely and subjected to uniform hydrostatic external pressure by using an adjacent equilibrium method and a solution with high accuracy is presented to calculate theoretically critical pressures of panel buckling and interframe shell buckling. The solution can be used to both the double and single cylindrical shells without longitudinal stiffeners and therefore, it may be applied widely with higher accuracy. Also, some simplified formulae for the engineering application are given to calculate the panel buckling and the interframe shell buckling strengh.     

水下环肋功能梯度材料圆柱壳耦合振动的波动解

研究了考虑功能梯度材料的水下环肋圆柱壳耦合振动特性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论,采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程,运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的耦合频率值。经过退化计算,与已有文献的研究结果进行对比,验证了文中计算的正确性和有效性。通过算例,分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同静水压力、材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下耦合振动的变化规律,以及这些因素对耦合频率的影响。     

复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析

使用能量法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love's理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,然后代入Lagrange方程得到频率方程.通过比较,文中的计算方法所得到的结果与文献比较吻合.采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小.最后还研究了壳体和加筋结构参数以及静水压力的变化对圆柱壳自由振动频率的影响.文中利用平均法来处理加筋结构,简化理论推导并减少了计算.     

研究阻尼复合圆柱壳振动功率流的一种新方法

减少圆柱壳振动和噪声的一种有效方法是在其表面敷设阻尼层,这种复合结构称为阻尼复合圆柱壳.分别运用薄壳理论和弹性理论描述了阻尼复合圆柱壳的内壳和阻尼层,并在此基础上提出了计算阻尼复合圆柱壳振动功率流的一种新方法.通过数值计算,得到了内外壳体厚度对复合圆柱壳振动功率流的影响规律,为圆柱壳减振降噪措施的应用提供了理论基础.