梁板结构弹塑性大变形有限元分析

基于Mindlin板理论，给出了用于梁板结构弹塑性大变形分析的新型梁板单元模型。在板和肋骨运动方程中包含一阶性线性项以计及几何大变形的影响，材料非线性特性由Von Mises屈服准则及相应的流动法则表示。由虚功原理导出的非线性控制方程，用Gauss求积法计算并由Newton-Raphson增量迭代法求解。本文通过一些算例，证明了所采用的单元具有良好的收敛性和足够的精度。     

船舶板梁组合结构的振动分析

采用Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元和参考轴杆单元,建立了考虑板剪切变形、骨架剪切变形和骨架偏心影响的船舶板梁组合结构振动分析模型,并研究比较了不同船舶板梁组合结构振动分析有限元模型的计算精度。最后通过对某舱室甲板固有频率计算值和实测值的比较,讨论了船舶局部结构振动分析中边界条件处理问题。     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

粘弹性阻尼夹层板动力特性分析及模态实验研究

在小变形线弹性理论的基础上,构造了阻尼夹层板单元.对三层板均采用Mindlin板单元,以各层的中面为坐标平面建立局部坐标系来建立有限元模型,芯层材料的粘弹性采用常复数模型.对其动态特性进行了有限元分析,采用求解复特征值的方法求得了其频率和损耗因子.在此基础上进行了详细的数值计算与分析,讨论了粘弹性阻尼层的厚度、模量、损耗因子对结构动力特性的影响,对结构的阻尼机理有了进一步理解,得到了一些有工程应用价值的结论.最后分别对单一铝板、自由阻尼层板和约束阻尼层板进行了模态实验,验证了理论计算的正确性.     

基于光滑有限元的加筋板静力自由振动和声辐射分析

基于光滑有限元思想给出了一个适当"软化"的有限元模型分析方法,即对原有的应变场分别运用基于边和节点的应变光滑技术进行光滑操作,构建边光滑Mindlin板单元和带权节点光滑三维简化梁单元,结合离散剪切间隙技术对加筋板的静力、自由振动和声辐射问题进行了分析。在声辐射分析中,运用瑞利积分求得结构的声辐射阻抗从而对结构进行分析。由于模型得到了适当的"软化"且成功避免了低阶Reissner-Mindlin板单元在弯曲过程中的横向剪切自锁问题,使得计算精度大大提高。数值计算结果表明,与传统的有限元相比,本模型能实现以低阶单元达到高精度的计算结果,且收敛速度更快。     

基于Zig-Zag模型夹层板平面波作用下声传输特性研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上下面板和芯体建立了3个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上板在简谐平面声波斜入射情况下声传输的计算模型.根据推导的模型编制计算机程序,针对典型结构较为详细地研究分析了芯板材料参数和厚度变化对结构动力特性的影响,并研究分析了夹层板芯层材料、芯层厚度和平面声波入射角度对传声损失的影响.     

含损伤加筋板结构辐射声功率及指向性变异研究

本文采用结构声振特性中常用参数辐射声功率和辐射指向性来研究含损伤加筋结构的声辐射特性,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的辐射声功率和远场指向性.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.针对各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压,进而可以得到辐射声功率和辐射指向性.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及辐射声功率和指向性的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

粘弹性阻尼夹层板动力特性分析及其试验研究

本文在数值计算和试验的基础上研究了阻尼夹层板的动态特性和振动响应计算方法.在小变形线弹性理论的基础上,构造了阻尼夹层板单元.将三层板都看成Mindlin板单元,以各层的中面为坐标平面建立局部坐标系来建立有限元模型,考虑了偏心阵的作用,大大简化了计算程序.粘弹性采用常复数模型,用求解复特征值的方法求得了其固有频率和损耗因子.在此基础上编制了相应的有限元计算程序,进行了较详细的数值计算与分析,并讨论了粘弹性阻尼层的厚度、模量、损耗因子对结构动力特性的影响,得到了有工程应用价值的一些结论.同时分别对单层铝板、自由阻尼层板和约束阻尼层板进行了模态试验和响应试验,识别了结构的阻尼,验证了理论计算的正确性.本文还给出了阻尼夹层板结构动力响应的一种近似计算方法:将粘弹性材料看成完全弹性的材料,将粘弹性材料的阻尼以比例阻尼的形式给出,利用试验得出或估算公式给出结构模态阻尼,采用直接积分法求解.计算了简谐激励下的响应,并与实测的结果进行了比较分析.结果表明了该计算方法的合理性,为工程近似计算提供了一种简便的计算方法.     

芯板横向可压缩位移模式的夹层板结构动力有限元分析

在杜庆华理论的基础上,提出了一种新的适用于中厚芯板的夹层板动力问题的位移修正模式.面板计入了剪切变形,遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式,各向位移沿板厚成抛物线分布,三层挠度各不相等,考虑了芯板的横向压缩变形.推导了相应的位移应变关系,根据Halmiton原理建立了动力有限元方程,由能量守恒定律推导了夹层板的阻尼矩阵.计算和相关实验结果表明,文中所提出的高阶非线性位移模式以及计算方法是有效的;对于中厚夹芯夹层板的动力特性研究,考虑面板芯板的横向剪切变形以及芯板的横向压缩变形的影响是必要的.     

动态刚度阵法在船体总振动计算中的应用

采用动态刚度阵法计算船体总振动的固有频率.该方法不但能简化计算模型,而且能获得较高精度的高阶固有频率.首先通过直接求解等直Timoshenko梁单元的运动微分方程,导出考虑剪切变形和转动惯量影响的平面梁单元动态刚度阵的解析表达形式;其次采用Wittrick-Williams算法结合二分法求解特征值;最后采用本方法计算299 500DWT超大型油船船体总振动的固有频率,并分别与一维梁有限元法和三维全船有限元法计算结果以及实测值进行比较,验证了方法的精确性和有效性.     

整体上具有间断质量与刚度变化、端部具有偏心质量及非传统基础的部分浸湿的锥形铁木辛柯梁自由挠曲振动分析（英文）

A compliant tower is modeled as a partially dry, partially tapered, damped Timoshenko beam with the superstructure modeled as an eccentric tip mass, and a non-classical damped boundary at the base. The foundation is modeled as a combination of a linear spring and a torsional spring, along with parallel linear and torsional dampers(Kelvin-Voigt model). The superstructure adds to the kinetic energy of the system without affecting the potential energy, thereby reducing the natural frequencies. The weight of the superstructure acts as an axial compressive load on the beam, reducing its natural frequencies further. The empty space factor due to the truss-type structure of the tower is included. The effect of shear deformation and rotary inertia are included in the vibration analysis; with the non-uniform beam mode-shapes being a weighted sum of the uniform beam mode-shapes satisfying the end condition. The weights are evaluated by the Rayleigh-Ritz(RR) method, and verified using finite element method(FEM). The weight of the superstructure acts as an axial compressive load on the beam. Kelvin-Voigt model of structural damping is included.A part of the structure being underwater, the virtual added inertia is included to calculate the wet natural frequencies. A parametric study is done for various magnitudes of tip mass and various levels of submergence. The computational efficiency and accuracy of the Rayleigh-Ritz method, as compared to the FEA, has been demonstrated. The advantage of using closed-form trial functions is clearly seen in the efficacy of calculating the various energy components in the RR method.     

含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究

本文通过对含厚度方向不同位置椭圆分层层合板结构动力分析,讨论平面声波激励对结构动力响应特性的影响,基于分层损伤结构变形特点,将含损伤层合板的基板和上下子板采用Mindlin板单元离散,而分层损伤区以虚拟连接单元模拟,根据耗散能的计算确定结构的模态阻尼特征,建立含损伤层合板的振动响应函数的有限元分析方法,用算例验证模型的可信性,在0-1000Hz范围内,计算了含厚度方向不同位置椭圆分层损伤层合板结构的固有频率、模态阻尼和幅频响应与相频响应,依据计算结果分析了分层损伤对动力特性的影响,有益于进一步对分层损伤建立识别模式.     

Analysis of the hull girder vibration by dynamic stiffness matrix method

1 Introduction1 The excitations of the main engine and propellers may induce harmful vibration of the ship. To avoid resonance, the overall natural frequencies and responses of the ship hull must be calculated firstly, and the results can be taken as the …     

船上含敷料板与加筋结构的固有振动特性研究

本文对含敷料板的低阶模态振动特性进行了研究,将敷料与基板处理为层合板模型,采用基于Mindlin假设的4节点板单元对含敷料结构进行数值模拟,得到系统固有振动特性.为了研究敷料结构系统固有频率的合适计算方法,构造了不同基板厚度和不同敷料厚度,分别采用层合模型和敷料层等效质量的简化方法进行了结果对比.在相应计算例题中,对3种基板厚度和5种敷料层厚度共计15个敷料铺层试件进行了振动测量,并与数值模拟结果进行对比.针对不同铺设厚度的敷料板与加筋板,分别采用敷料质量等效模型和层合板模型,给出了不同计算模型的振动特性计算误差,为工程上选择敷料层振动特征计算方法提供了依据.     

绝热剪切效应对背水靶板的抗侵彻特性影响的研究

绝热剪切效应是材料破坏的重要机理之一.文章开展了动态冲击作用下的材料绝热剪切试验,计算了绝热条件下材料的塑性温度升高.建立了背水靶板的FEM全流固耦合模型,采用考虑了温度效应的Johnson-cook模型开展了爆炸破片侵彻舰船液舱舱壁过程的计算.结果表明:(1)材料在高应变率下的绝热温升不可忽略;(2)弹体侵彻背水靶板过程可分为4个典型阶段,分别为墩粗凿坑阶段、碰撞形成速度共同体阶段、绝热剪切阶段和扰动液体阶段;(3)考虑温度效应的剩余速度明显小于不考虑温度效应的剩余速度;速度较低时,是否考虑温度效应预测的剩余速度值差异较小,随着初始速度的增大,差异逐渐增大.     

含损伤加筋结构流固耦合动力特性与声辐射特性研究

采用有限元／边界元（FEM／BEM）方法对于水下典型加筋板结构的动力特性以及声辐射特性进行研究。首先将损伤的概念引入有限元，并用边界元法得到流体附加质量项，然后求解损伤结构动力特性，进而求出损伤结构在一定频率范围激励下的辐射声功率以及辐射指向性。     

夹层板脱层对结构振动特性的影响分析

聚氨酯弹性体钢夹层板结构（SPS）因其优异的力学性能和可设计性，近年来在船舶制造等领域得到广泛应用。本文通过理论与数值仿真，研究了 SPS夹层板结构自由振动以及脱层对振动特性的影响。首先，对 SPS夹层结构，提出一种等效模型，采用简化一阶剪切变形理论，建立了夹层板横向自由振动控制方程，并结合边界条件给出了 SPS夹层结构的振动频率表达式。通过与文献和数值仿真结果的对比分析，验证了本模型与方法的有效性与准确性。考虑结构易脱层的特点，研究了面/芯脱层对结构振动特性的影响，对比分析脱层范围、脱层位置以及脱层形状对结构低阶频率的影响，给出了各脱层参数与结构低阶振动频率的关系，为 SPS结构的设计与应用提供指导。     

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.