基于迁移矩阵法的锥柱结合壳固有振动特性分析

基于迁移矩阵法给出了圆柱壳、圆锥壳以及锥柱结合壳的运动矩阵方程,给出了精细积分以及Runge-Kutta-Gill法的矩阵方程求解方法,大幅提高了求解精度及效率。进一步以不同边界条件下圆柱壳、圆锥壳和锥柱结合壳为算例讨论了锥柱耦合后圆柱壳及圆锥壳自身振动频率的变化。算例结果与有限元软件Ansys对比,验证了本文矩阵方程及求解方法的可靠性。     

任意边界条件下旋转功能梯度锥-柱连接壳行波模态分析

连接壳结构广泛应用于船舶推进系统中,其边界条件复杂,而且在旋转运动下会产生行波模态,对推进器的动力学性能具有重要影响。为了推进功能梯度材料在船舶海洋工程中的应用,本文通过弹簧模拟壳体结构的边界条件,建立旋转功能梯度锥-柱连接壳的动力学模型,探讨旋转功能梯度锥-柱连接壳的行波模态特性。基于Love薄壳理论,运用弹簧模拟结构两端的边界条件以及圆锥壳和圆柱壳连接界面的连续性条件,推导考虑旋转运动引发的科氏力和离心力的功能梯度连接壳能量方程;以Chebyshev多项式为基底构造位移函数,建立旋转功能梯度连接壳的模态频率方程;利用Rayleigh-Ritz法求解连接壳的行波模态频率;通过收敛性分析确定边界弹簧和接触弹簧的刚度取值范围以及Chebyshev多项式所需要展开的项数;分析环向波数、陶瓷体积分数指数、圆锥角、转速以及任意边界对行波模态频率的影响。结果表明：旋转转速越大,连接壳的前后行波分叉行为越明显;轴向弹簧刚度对行波模态频率影响最大;相比于传统的能量法,采用弹簧模拟边界提高了计算效率,而且连接壳在弹性边界下的行波特性变化较大,说明了采用弹簧模拟任意边界的必要性。     

水中环肋锥柱结合壳的振动特性分析

基于半解析半数值法研究了水中环肋锥柱结合壳在低频范围内的结构振动特性。将环肋锥柱结合壳离散为锥壳分段、柱壳分段、圆环板和舱壁等不同子结构。用波传播法和幂级数法分别求解圆柱壳和圆锥壳的运动方程。通过相邻子结构之间的连续条件以及壳体两端的边界条件求解锥柱结合壳的振动响应。在锥壳或柱壳上施加点力激励,分析锥柱结合壳的频响特性。用有限元方法验证本文的计算结果,两者吻合良好。还研究了舱壁、环肋和流体负载对环肋锥柱结合壳振动特性的影响。     

球面舱壁的弹性稳定性分析

基于静力法求解结构临界荷载的基本原理,导出旋转壳在均匀外压下弹性稳定性问题的一阶控制微分方程组。借助齐次扩容技术和精细积分法,采用Riccati传递矩阵法对均匀外压下球面舱壁的弹性稳定性问题进行数值求解。同时分析了各个参数(球壳半径、球壳厚度、环壳半径、环壳厚度和锥壳半锥角)对球面舱壁临界压力的影响。计算结果表明,各个参数中仅球壳半径和球壳厚度对结构的临界压力和失稳波数起决定性作用。     

具有薄壳理论同样精度的圆锥壳的简化解

本文借助作者提出的变量转换公式,通过量级分析,略去h/R量级的小量,从而将圆锥壳有矩问题求解的基本微分方程转换成一个二阶复常系数的常微分方程式.这个复常系数的常微分方程式仅含二阶导数项、零阶导数项,无一阶导数项,因此求解极其简单.依据这一复常系数的二阶常微分方程式,导出了具有薄壳理论同样精度的圆锥壳的简化解.这一简化解较圆锥壳的精确解简单,无须利用圆柱函数;较具有√h/R精度的等效圆柱壳的解精确,其精度同精确解一样为h/R.本文简化解可用于圆锥壳的边界效应,以及锥柱、锥锥结合壳交接处的应力计算分析.     

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥-环-柱结合壳中的应力值，并根据Trefftz准则计算了其失稳临界压力。计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥-环-柱结合壳与锥-柱结合亮相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压力提高。     

锥—环—柱结合的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥－环－柱结合壳中的应力值，并根据Ｔｒｅｆｆｔｚ准则计算了其失稳临界压力，计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥－环－柱结合壳与锥一柱结合壳相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压提高。     

变截面加筋柱壳结构振动特性分析

采用Riccati变换和传递矩阵相结合的方法,对一种典型的变截面加筋柱壳—锥柱组合壳加筋结构的振动特性进行分析,建立求解真空中变截面加筋柱壳结构强迫振动的半数值半解析法,并用通过与有限元法计算结果的对比,验证该方法的有效性。同时,分析锥壳与柱壳交角及环肋尺寸对锥柱组合壳加筋结构振动特性的影响。结果表明,交角的存在能显著降低壳体的振动,环肋的尺寸在低频时对振动影响较小,高频时随着环肋尺寸的增加能整体上减小结构的振动,但在部分响应峰值点加速度显著增大。     

基于奇异值分解和频散特征的圆柱壳自由振动研究

本文讨论矩阵奇异值分解技术在任意边界条件下圆柱壳自由振动中的应用。对于任意边界条件,圆柱壳的精确解过程会遇到求解8阶矩阵行列式的问题。本文采用奇异值分解技术,把行列式求解转换为奇异值求解,并且依据最小奇异值的零点获得圆柱壳的振动频率。本文结合圆柱壳的频散图,讨论了各种边界条件下自由振动频散-波数对在图中的对应点。数值算例表明,奇异值分解为任意边界下圆柱壳的自由振动提供一种新的方法。并对常用近似边界处理方法的精度进行探讨。     

锥-环-柱结合壳和锥-柱结合壳应力的近似解

本文采用弹性基础梁地导出锥－柱结合壳和锥－环－柱结合壳的应力近似解，具有一定的精确度，便于工程设计应用。计算结果表明，锥－环－柱结合壳实现圆柱壳与圆锥壳的光顺连接，能有效降低结合壳过渡区的局部应力。     

锥柱结合壳加强形式应用研究

在现代潜器的耐压船体结构设计中,广泛采用了锥柱结合壳过渡结构形式。厚板削斜锥壳过渡环是一种新型的加强形式,能有效地减小锥柱结合壳处的局部高应力,并具有结构重量轻、制造工艺简便、加强效果好等特点。为满足现代潜器的发展需求,本文采用迁移矩阵法专用程序,对该种加强形式进行了大量的理论计算和分析研究,以获得最佳的结构形式和参数,为现代潜器应用厚板削斜锥壳过渡环设计提供指导原则。     

基于传递矩阵法的2种过渡环形式球面舱壁结构强度分析

以2种过渡形式的球面舱壁作为研究对象,利用Riccati传递矩阵法对其结构强度进行计算并分析。研究了锥壳过渡球面舱壁中半锥角和球-环折角对结构强度的影响,建议优先选取较小的球-环折角;讨论了球壳及环壳半径对圆弧过渡球面舱壁的影响规律,认为在一定的球面舱壁长度下,存在特定球壳半径及相应的环壳半径使得应力状态最佳;比较了2种形式的球面舱壁结构,分析其结构强度差异。     

锥柱结合壳设计研究

为优化带凹角的锥柱结合壳舱室的设计,编写结构计算程序,对锥壳的强度与稳定性计算及锥柱结合壳舱室稳定性计算通过规范的解析式求解,对锥柱结合壳的凹凸角强度计算通过迁移矩阵法求解。程序采用自动计算节点坐标方法,解决结构参数的改变需求,从而实现优化计算。     

加肋锥—环—柱组合壳强度及稳定性模型实验研究

本文进行了加肋锥－环－柱组合壳应力、稳定性模型实验，并运用分区样条等参元法进行了数值计算，计算结果与实验结果吻合良好。还将加肋锥－环－柱组合壳与相应加肋锥－柱组合壳应力、稳定性特性进行比较。研究结果表明，加肋锥－环－柱组合壳是锥壳与柱壳间一种优越的连接形式。     

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。     

不同结构参数的锥环柱结构强度性能分析

锥环柱结构是柱壳和锥壳连接的一种新型结构形式,实现了柱壳和锥壳的光顺连接,可消除结构的不连续性,降低纵向弯曲应力峰值,应力分布均匀,结构重量小,且最大应力部位避开了焊缝。通过不同结构形式的计算和对比分析,展示锥环柱结构的优越力学性能。通过不同结构参数的多方案计算和分析比较,得到环壳半径、环壳厚度和半锥角对环壳力学性能的影响。     

凹型加肋锥-环-柱结合壳强度的模型试验研究

为考察凹型加肋锥-环-柱结合壳的力学行为,设计制作了3个凹型加肋锥-柱/锥-环-柱结合壳系列精车模型,采用分区样条等参元方法对它们进行了应力计算.分别对3个模型进行了静水外压试验,测量其应力,计算应力与实测应力吻合较好.模型试验和计算结果表明,凹型加肋锥-环-柱结合壳能有效降低锥、柱壳结合部的应力峰值.通过对模型试验结果的分析,得出了一些对指导凹型加肋锥-环-柱结合壳结构设计有实用价值的结论.     

厚板削斜和纵筋加强非轴对称锥柱结合壳优化

对于在凹结合壳处采用厚板削斜加强、凸结合壳处采用纵筋加强的非轴对称锥柱结合壳的结构优化设计建立了数学模型。选取凹结合壳处的厚板长度、厚板厚度、厚板削斜长度,凸结合壳处的纵筋剖面参数、纵筋数目、纵筋间距,以及凸凹处的环肋剖面参数等作为设计变量,考虑锥柱结合壳段的内外表面周向应力、内外表面纵向应力、其它部位应力以及工艺性要求等约束,以锥柱结合壳处可变结构的总质量为目标函数。采用APDL语言建立结构的参数化模型,用ANSYS计算结构应力,然后用遗传算法求解优化设计数学模型,解决了非轴对称锥柱结合壳复杂结构的参数化建模和离散变量优化问题。优化的非轴对称锥柱结合壳结构的质量减轻了10.52%。还分析了主要的强度约束条件对优化设计结果的影响。     

用围壁加强的圆柱壳开孔的应力计算方法

本文采用扁壳微分方程组,根据试验中观察到的现象对开孔区的挠曲函数及边界条件作了一些简化,并用变分原理和弹性力学中的H.方法对应力函数进行了求解,获得了用围壁加强的圆柱壳开孔孔口应力计算公式。与试验结果比较表明,该公式简单可靠,而且应用范围较广。     

基于BP-GA算法的环肋锥柱壳多目标优化设计

本文以超大潜深的潜艇耐压壳结构为研究对象,利用排水量表达式估算潜艇主尺度。通过Ansys软件的Apdl语言建立环肋锥柱壳的有限元模型,并分析计算耐压壳的强度及稳定性。以肋骨间距、耐压壳厚度和肋骨尺寸作为离散设计变量,以结构重量、总体失稳临界压力作为优化目标,实现基于神经网络和遗传算法的环肋锥柱壳多目标优化设计。在Matlab平台上,首先用拉丁超立方体抽样,再用BP神经网络建立起样本点和目标函数之间的映射关系,构建神经网络代理模型,最后调用多目标优化函数gamultiobj进行优化。优化结果表明,利用BP神经网络和遗传算法相结合进行复杂模型环肋锥柱壳的多目标优化,效率较高,精度较好,达到较理想的优化效果。