中心典型形状开口的矩形薄板自由振动特性分析

[目的]工程中存在着大量的开口结构,对开口板的振动特性进行研究具有重要意义。[方法]通过引入改进的傅里叶级数模拟开口矩形板的位移容许函数,并采用位移弹簧和转角弹簧模拟任意边界条件。在求解整体能量泛函时,将开口部分的动能与应变能减去,基于Rayleigh-Ritz法构造结构的拉格朗日能量泛函,并对傅里叶级数中的未知系数进行变分求极值,将原先的振动问题转化成求解特征值方程的问题。最后,研究不同开口形状及开口大小对矩形板自由振动的影响。[结果]经与有限元软件ANSYS的计算结果的对比,表明采用的方法准确可靠,[结论]所做研究可为实际工程提供参考。     

任意边界及耦合条件下的多跨梁结构振动特性

[目的]为了克服边界及耦合条件对多跨梁结构振动特性研究的束缚,[方法]基于欧拉梁理论模型,采用Rayleigh-Ritz法建立多跨梁结构振动计算模型,对其在任意边界和任意弹性耦合条件下的自由振动特性进行研究。在传统三角余弦级数的基础上,引入4项辅助正弦三角级数,改善以往求解过程中在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,结合Rayleigh-Ritz法对其求极值,将结构的振动特性问题转换为求解一个标准特征值问题。[结果]通过与有限元计算结果进行对比,验证了收敛速度与计算精度。[结论]所得结果可为多跨梁结构的工程应用提供理论参考。     

不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析

[目的]为克服边界及弹性横向支撑对连续多跨梁振动特性研究的束缚,基于欧拉梁理论,建立一种多跨梁自由振动的分析模型。[方法]首先,构造新型改进傅里叶级数形式,用以表示多跨梁在整段上的横向位移函数;其次,将位移函数的级数表达式代入拉格朗日函数中,结合瑞利—里兹法,将自由振动问题变为标准矩阵特征值形式,以求解带有弹性支撑的多跨梁固有频率。[结果]通过在算例部分改变弹性支撑处的横向弹簧刚度值,即可获得中间含任意弹性支撑多跨梁的振动特性,所得结果与已有文献结果的比较充分验证了所提方法可行且正确。[结论]基于改进傅里叶级数法(IFSM),多跨梁振动特性的数值模拟可为多跨梁动态性能提供有效的前期预测手段。     

基于半解析法的功能梯度圆锥板自由振动特性

本文基于半解析法分析了一般边界条件下功能梯度开口圆锥板的自由振动特性.首先基于一阶剪切变形理论构建了理论分析模型,并以不同类型弹簧模拟圆锥板结构的边界和连续性条件,圆锥板结构的位移容许函数采用改进的傅里叶级数以消除边界条件的不连续性,并通过里兹法获得功能梯度圆锥板结构的自由振动模态参数.研究表明,本文方法具有良好的收敛性,求解精度较高.研究成果可为一般边界条件下功能梯度圆锥板结构的自由振动特性分析提供数据积累和方法依据.     

一种改进傅里叶级数方法的船舶轴系回旋振动动态特性研究

文章采用一种改进的傅里叶级数方法(Improved Fourier Series Method,IFSM)对弹性支撑边界条件下多跨距变轴颈轴系进行了回旋振动动态特性研究。首先推导了考虑集中质量及回旋效应的均匀梁回旋振动微分方程;其次应用一种改进的傅里叶级数方法推导了轴系的质量、刚度及激励力矩阵。在这一方法中,位移函数被表示为傅里叶余弦级数展开与一个辅助的多项式函数的叠加,进而成功地克服了弹性边界的不连续性。采用Newmark方法在时域内直接数值积分求解响应。通过与有限元软件ANSYS仿真结果及国家标准的结果对比,验证了文中分析方法的正确性。并研究了一轴系在额定转速下正逆回旋的动态特性。     

中厚耦合板结构的振动特性分析

基于Mindlin板理论,采用改进傅立叶级数的方法对任意弹性边界条件和耦合条件下的耦合板进行了振动分析。为建立通用的结构模型,在耦合板结构的耦合边上均匀布置六种类型线性约束弹簧模拟耦合条件,在非耦合边上布置五种类型的线性约束弹簧模拟边界条件。耦合板结构的弯曲振动位移函数和面内振动位移函数表示为标准的二维傅立叶余弦级数和辅助级数的线性组合,通过辅助级数的引入,解决了位移导数在边界不连续的问题。利用Hamilton原理建立求解方程,推导出中厚耦合板结构的振动控制方程的矩阵表达式,通过求解矩阵方程可以得到耦合板结构的固有频率和响应。通过数值仿真分析计算,并与有限元结果和实验进行比较,验证了该方法的准确性。     

弹性边界刚度对充液圆柱壳耦合频率的影响分析

研究了弹性边界刚度对充液圆柱壳的振动特性影响。基于Flügge理论并考虑流体的影响,根据波动法建立弹性边界条件下充液圆柱壳的耦合振动特征方程,采用一种改进傅里叶级数的计算方法得到弹性边界条件下的轴向波数,将求得的轴向波数代入耦合方程并利用牛顿迭代法求解方程得到耦合频率。通过与两种边界条件下充液圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。通过算例,分析了在边界约束刚度变化过程中,充液圆柱壳的耦合频率在不同轴向波数、壳体尺寸等因素下的变化规律。     

任意边界下多跨梁弯曲计算及其工程应用

[目的]为了快速寻找到甲板结构在轮印载荷下的最危险工况,[方法]针对任意边界条件下多跨梁弯曲问题,首先利用改进的傅里叶级数方法(IFSM)描述多跨梁的位移函数,列出位移函数需满足的边界方程,并求解得到级数中各系数间的关系式;然后,基于哈密顿原理得到能量控制方程,采用伽辽金方法求解出满足边界条件的梁结构位移函数,通过算例,与有限元结果进行对比,验证此方法的正确性;最后,将该方法应用于轮印载荷下多跨梁最危险工况的计算中。[结果]结果表明,所用方法的计算结果与有限元结果的误差小于0.05%,具有很好的精度。[结论]相比有限元法,所用方法求解多跨梁最危险工况的速度得到极大提高,同时结合遗传算法,可获得更为精确的轮印载荷最危险工况的作用位置。     

基于工程应用的加肋板结构的振动特性分析

采用谐波法和傅里叶变换相结合的方法分析了正交周期加肋板结构在谐振力激励下的振动响应特性。通过薄板与加强肋的边界连续条件,建立了水流体负载下的加肋板结构的振动位移方程。根据结构的周期特性、泊松公式及傅里叶变换等数学方法推导出频域内结构辐射声压及加强肋作用力关于周期加肋板结构振动位移的方程表达式,并将其位移表达为谐波量的迭加函数形式,最终通过数值截断方法求解振动位移的谐波分量值。本文分析了加强肋对结构振动响应的影响,并为加肋板结构的声振特性研究提供了一种半解析方法。     

圆形薄板在任意弹性边界条件下的自由振动分析

采用改进的 Fourier-Bessel 级数方法和 Rayleigh-Ritz 法对任意弹性边界条件下的圆形薄板进行自由振动分析。通过将圆板的位移函数表示为 Fourier-Bessel 级数和辅助级数的组合,有效地解决了位移函数在边界处的不连续性问题。最后,应用 Rayleigh-Ritz 法建立了圆板自由振动的矩阵方程,所有振动参数可以通过求解矩阵方程得到。方程特征值对应着圆板振动的固有频率,特征向量对应着圆板振动的振型模态。通过数值仿真计算结果与文献、有限元结果对比,证明了该方法的正确性。     

船舶开孔有限薄板横向弯曲振动问题研究

文章采用解析与数值计算结合的方法,基于经典薄板理论,研究了板内任意位置含一个圆孔的平板横向自由振动问题。以圆孔中心为原点建立坐标系,内边界条件精确满足,外边界条件近似满足,对于各种具有规则外边界的平板均能有效模拟。利用此计算方法分别验证了中心位置含圆孔的圆板与方板,并分析了圆孔偏心对板振动特性的影响。计算结果表明,板内孔洞的偏心将导致结构基频下降,且孔洞相对尺寸越大,偏心的影响程度就越大。     

一般边界条件下矩形薄板振动声辐射特性分析

基于改进傅立叶级数方法,将矩形板振型函数表示为包含正弦三角级数的改进傅立叶级数,从而有效地克服结构在边界处存在的不连续性,建立了一般边界条件下矩形薄板结构振动声辐射的分析方法,并对薄板结构的振动声辐射特性进行了研究。文中还建立了薄板结构的位移容许函数,然后基于最小势能原理求解了系统的Lagrange函数,最后利用Rayleigh-Ritz法对方程求解从而获得薄板自由振动的模态信息;在此基础上,基于Rayleigh积分公式推导出了薄板振动、辐射声压和声功率的表达式,研究了结构特性参数及边界条件对薄板振动声辐射的影响,通过有限元软件和参考文献的比对分析,验证了改进方法的正确性和有效性。     

有限长半充液圆柱壳振动特性分析

基于能量泛函变分原理,研究有限长半充液圆柱壳自由振动特性和受迫振动特性。壳体各向位移采用三角级数与傅立叶级数的组合形式,利用三角级数与傅立叶级数的正交性,在变分后可消去其他2个方向的位移,只保留径向位移。通过对固液耦合接触面连续条件的正交化处理以及自由液面边界条件,可建立流体载荷幅值与径向位移幅值的关系,最终得到流固耦合控制方程。结果对比表明,能量泛函变分方法正确、有效,可为求解半充液圆柱壳固液耦合振动问题提供新的思路。     

无拉力弹性半空间地基板的边界元——线性互补方程解法

无拉力弹性地基板的内力及位移分析，将改变传统弹性地基板的分析方法，即将板与地基间传递拉力心为无拉力传递。无拉力地基板弯曲问题属于单非线性接触问题，应用变分不等方程－＝线性互补方程求解非线性接触问题已经证明是一种有效的解法。本文用边界元理论进行研究，分析了无拉力弹性半空间地基上Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ板的弯曲问题，并给出了板的位移及内力计算结果。     

基于Lipschitz指数估计的含裂纹板损伤检测

对板的振动模态进行大间距二维采样,并用二维小波对得到的模态信号进行分解,判断损伤的大致位置。在损伤位置的附近分别沿平行于板两边的方向进行加密一维采样,对采样信号进行连续小波变换,求得各点在两个方向的Lipschitz指数,判断裂纹的具体位置和尺寸。用有限元法模拟一个含穿透裂纹的矩形板结构,求解其自由振动模态,模拟结果表明,本方法准确有效。     

基于空间谐波分析的典型加筋板结构声振特性

[目的]单向周期加筋板在船舶结构中应用广泛,开展其声振特性理论研究可为加筋板的声振特性分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑骨材对板的力和扭矩作用,以及流体声介质与板的耦合作用,分别建立无限大单、双周期加筋板的结构动力学模型;然后,通过傅里叶变换将空间域转换到波数域,应用构造函数、泊松公式及周期函数的性质推导加筋结构的振动方程,得到力激励和声波激励下加筋板振动位移的解析解,并利用稳相法给出加筋板的远场声压表达式;最后,通过具体算例讨论骨材扭矩、激励类型、激励位置、板厚、骨材参数等因素对周期加筋板结构声振特性的影响规律。[结果]骨材扭矩对加筋板声振特性的影响较小;对于周期加筋结构,可以利用骨材参数对声子晶体带隙的影响,衰减某些频率的振动;激励加载在强构件处可有效减弱振动;骨材的间距、尺寸等参数对声振特性的影响较为明显。[结论]对激励及骨材参数的合理设置,可以有效优化加筋板结构的水下声振特性。     

喷水推进器水下辐射噪声边界元计算方法

[目的]为减少边界条件设置的不确定性对喷水推进器水下辐射噪声计算的影响,[方法]以某喷水推进器为研究对象,提出基于边界元法一步计算来预报喷水推进器的水下辐射噪声。首先,基于计算流体力学的分离涡模拟(DES)方法计算喷水推进器的瞬态流场,并以声类比积分方程为基础,采用Virtual Lab声学计算软件将喷水推进器过流壁面的非定常脉动压力映射和傅里叶变换(FFT)转化为对应的频域噪声源。然后,以喷泵固体壁面的流体脉动声源为辐射源,采用边界元一步计算方法预报声波经流道向船底水下辐射的远场噪声。[结果]结果发现,采用边界元一步计算方法能更真实反映研究对象的客观属性。[结论]研究表明,该方法可更准确地预报喷水推进器水下辐射噪声。     

内嵌声学黑洞薄板振动特性数值模拟方法研究

[目的]针对内嵌二维声学黑洞薄板的数值模拟方法进行对比研究,[方法]提出使用板壳单元对声学黑洞薄板进行离散建模的方法。首先,设计内嵌二维声学黑洞薄板算例,应用体单元建立该薄板的有限元模型,以验证其声学黑洞效应。然后,采用相同尺度的板壳单元来模拟该二维声学黑洞薄板,并对2种建模方法的模态和振动特性进行数值对比验证。最后,讨论声学黑洞区域厚度阶梯变化尺度以及幂律对整体结构振动特性的影响。[结果]研究表明,使用板壳单元离散内嵌声学黑洞薄板计算其振动特性的精度是可靠的,板壳单元离散方法相比体单元离散法具有计算规模小、计算效率高的优点。同时,合理调节声学黑洞区域的厚度阶梯变化尺度以及幂律会改变局部模态对应的固有频率。[结论]研究结果可为声学黑洞结构的设计与应用提供指导。     

翻边开孔对矩形板振动频率的影响

研究了带有翻边长圆开孔矩形板的振动特性。利用ANSYS软件建立翻边开孔矩形板的参数化有限元模型,获得不同开孔参数(开孔率、翻边高度、开孔位置及转动)情况下结构的前两阶固有频率。在此基础上数值分析翻边开孔参数对矩形板前两阶固有频率的影响,发现翻边开孔能显著改变矩形板的固有频率,且与板的边界约束条件有很大关系。研究结果为实际结构的翻边开孔设计提供了参考。     

弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性分析

使用Gram-Schmidt正交化构造了满足圆柱壳自由边界条件的一组正交多项式,并以此为基函数构造圆柱壳的振动位移表达式;在此基础上,基于Sanders壳体理论,利用Rayleigh-Ritz法,提出了一种用于分析弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性的方法。利用该方法,求解了两端简支的正交加肋圆柱壳的自由振动固有频率,将其与文献结果对比,验证了文中方法的正确性;该文还分析了边界各方向约束刚度对正交加肋圆柱壳振动特性的影响。研究表明,本文的方法收敛性好,计算效率高,且可用于分析受经典边界约束的加肋壳振动特性,具有很强的通用性。