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.     

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。     

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。     

圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性比较

单层加筋圆锥壳和圆柱壳是舰艇结构中最常见的结构,其噪声的辐射也受到广泛关注.本文以有限元法和边界元法为基础,在中、低频段研究比较了水中单层加筋圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性.对于相同尺寸的圆锥壳和圆柱壳而言,圆锥壳前10阶模态占主导时的频率f0高于圆柱壳的f0,并且辐射效率随着阶数的衰减要比圆柱壳的衰减快;圆锥壳的辐射效率总体高于圆柱壳的辐射效率;圆锥壳和圆柱壳的声辐射模态振速分布有着相同的规律,为振动噪声的主动控制提供了一些参考.     

船舶结构中组合旋转壳的应力分析

本文把迁移矩阵法用于旋转壳应力分析,这些旋转壳由柱壳、锥壳和球壳组合而成,并有圆环或其它部件加强。外载是均布的或是逐段均布的。 柱壳、锥壳和球壳的跨间矩阵,以及环肋、锥冠和球冠的节点矩阵,都由这些构件的基本微分方程导得。为克服特殊函数计算上的一些困难,本文对锥壳解中的Thomson函数进行了某种处理,在球壳解中运用了一些近似。 本文考虑了自由、固定、简支和对称四种简单边界条件,对于比较复杂的弹性边界条件,采用“假想延长”的办法把它们化归这四种简单边界条件。     

针对不同锥角的潜艇加肋锥-环-锥结构强度和稳定性

为解决潜艇结构中2个不同锥角的圆锥壳相连接时结合处存在的应力集中问题,提出了加肋锥-环-锥这一新型结构形式。为得到锥-环-锥结构强度、稳定性随锥角的变化规律以及该结构适用的锥角范围,采用数值仿真方法得到了不同锥角的锥-环-锥结构的过渡段各典型应力、舱段整体弹性失稳压力和失稳模式。结果表明,各典型应力与锥角之间近似呈线性关系,环壳跨中处各典型应力对锥角变化最为敏感,锥壳段的纵向应力与两侧锥角的差值有关;随锥角的增加锥-环-锥结构的肋骨刚度较临界刚度下降较快,锥角变化可能会引起结构失稳模式的改变;相比于锥-环-柱结构,当柱壳侧的锥角在0°到10°的范围内变化时,锥-环-锥结构过渡区域的峰值应力和舱段整体弹性失稳压力和锥-环-柱结构相差不大。研究结果可为锥-环-锥结构设计提供参考。     

针对不同锥角的潜艇加肋锥-环-锥结构强度和稳定性

为解决潜艇在设计过程中两个不同锥角的圆锥壳相连接时结合处存在的应力集中问题,基于加肋锥-环-柱结合壳,提出了加肋锥-环-锥这一新型结构形式。为得到锥-环-锥结构强度、稳定性随锥角的变化规律以及该结构适用的锥角范围,本文运用有限元软件建立锥角不同的系列模型,得出锥-环-锥结构在保持一侧锥角大小、锥锥相交处的半径及环壳跨长不变时结构过渡段各典型应力、舱段整体弹性失稳压力与失稳模式随另一侧锥角的变化规律。结果表明,各典型应力与锥角之间近似呈线性关系,环壳跨中处各典型应力对锥角变化最为敏感,锥壳段的纵向应力与两侧锥角的差值有关;随锥角的增加肋骨刚度较临界刚度下降较快,锥角变化可能会引起结构失稳模式的改变;在10°的锥角变化范围内,锥-环-锥结构过渡区域的峰值应力和舱段整体弹性失稳压力和锥-环-柱结构相差不大,在整个锥角变化范围内采用锥-环-锥结构都是可行的。研究结果可为锥-环-锥结构设计提供参考。     

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.     

船舶尾轴系统固有振动特性分析

采用CAD/CAE综合分析方法,建立了模态分析的数学模型,结合I-DEAS和HyperMesh软件的辅助建模和网格划分功能,在ANSYS中分析了某船舶尾轴系统不同转速时的结构固有振动特性,总结出模态频率受旋转软化效应和应力刚化效应影响随转速变化的规律.     

弹性边界条件下的功能梯度圆柱壳振动特性研究

文章研究了功能梯度材料圆柱壳在弹性边界条件下的振动特性。在Flügge理论的基础上,基于波动法,采用改进傅里叶级数的计算方法建立FGM圆柱壳的振动特征方程,并推导出了弹性边界条件下FGM圆柱壳的固有频率参数表达式。通过与两端简支条件下的FGM圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中计算方法的正确性和有效性。通过算例,研究了在约束刚度不断变化过程中,FGM圆柱壳的固有频率在不同模态下的变化规律;分析了在弹性边界条件下,壳体尺寸、体积分数等因素对FGM圆柱壳固有频率的影响。     

基于Ansys不同边界条件下工作辊的动力学分析

基于Ansys有限元软件,以1780冷连轧机组为研究背景,分析不同边界条件下工作辊的动力学特性,获得工作辊各阶模态参数。工作辊本身的薄弱点在两端的轴颈部分,外界的激励容易带来轴颈的振动。工作辊沿径向变形是其主要振动方式,其竖直方向振动将造成较大辊缝,通过提高自激励频率有效防止辊缝过大。边界弹簧约束刚度对轧辊整体带来较大影响,在刚度达到一定值时刚度对模态影响下降,控制刚度能有效减少成本。     

功能梯度材料圆柱壳的振动特性研究

研究了具有指数型体积分数的功能梯度材料圆柱壳自由振动的固有频率.根据Love薄壳理论,确定功能梯度材料圆柱壳的内力、位移、应变和曲率的关系式;利用Rayleigh-Ritz方法建立了功能梯度材料圆柱壳自由振动固有频率的特征方程,推导出一端固定一端自由、两端简支两种基本边界条件下的周有频率参数表达式.最后通过两类材料组分的算例,分析了材料组分、体积分数、边界条件以及几何尺寸等因素对功能梯度材料圆柱壳的固有频率的影响.研究表明,构成功能梯度材料的材料组分对FG圆柱壳的频率特征有着明显的影响,体积分数所产生的影响则相对有限;而不同边界条件对FG圆柱壳固有频率的影响主要表现在壳体长度与半径比较小和周向波数较小的情况下.     

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。     

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。     

复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究

[目的]旨在解决复杂加筋组合壳结构缩尺模型的声振试验结果难以准确换算至原型的难题,分析两者的声振相似规律,为水下复杂加筋壳结构声振缩尺模型的试验研究提供依据.[方法]使用面单元模拟加筋方法构建复杂锥?柱组合壳模型及其缩尺模型,基于有限元?边界元法(FEM-BEM)混合方法,计算模型壳体的声振响应,并结合加筋圆锥壳模型试...     

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。     

声源激励下锥柱组合壳体水下声辐射特性试验研究

针对单层壳和锥柱组合壳2种典型壳体结构内部强噪声源引起的水下辐射噪声问题,开展小比例缩比模型的振动声辐射试验,给出不同结构形式对声激励下,圆柱壳结构振动与声辐射的影响规律及主导因素。试验结果表明：相同声源激励条件下锥柱组合壳结构声辐射频段总声压级最小。低频段下,单层壳与锥柱组合壳之间总声级差值可达8 dB;500 Hz以下频段声腔模态起主导作用,500～1 500 Hz频段内声腔模态和结构模态共同作用;内部声腔在其固有频率处会造成壳体的强烈耦合效应,从而出现声压级峰值。     

基于解析法的轴-锥柱壳组合系统横向振动特性研究

船舶的推进轴系和艇体均存在多种形式的振动,研究其振动机理及相互传递特性,对于减振降噪具有重要意义。以轴-锥柱壳组合系统为简化理论模型,采用解析法对锥柱组合壳及多跨梁的横向振动建模,并通过解析解与数值解的对比验证了方法的可靠性。依据此模型,分析了激励位置、轴承刚度、壳体厚度等对系统振动特性的影响,结果表明:轴承在壳体与轴系振动传递中的作用不可忽视;轴承刚度增大,壳体和轴系位移逐渐趋于一致;壳体尺寸对激励在壳体时的响应结果影响较大。     

两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解

文章基于经典弹性板壳理论,通过解析方法导出两端圆板封闭圆柱壳自由振动的求解方程和边界条件。圆柱壳与两端圆板的连接条件由连接处的变形连续性和内力平衡关系得出。应用三角函数和Bessel函数构造该组合壳体的模态振型,对决定任意边界条件圆柱壳模态振型的八次方程的根进行了详细讨论。在MATLAB中编写固有频率的搜索程序,给出了两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解。半解析方法得到的固有频率和振型的数值结果与有限元方法计算的结果作了比较,两者几乎完全一致。该半解析方法不存在高频处理难的问题,并且计算速度远远高于有限元方法。     

静水外压作用下环肋锥锥结合壳转折区塑性极限分析

本文提出一个合理的塑性流动位移场,应用能量法研究了静水外压作用下环肋锥锥结合壳转折区壳板的塑性极限承载能力,利用梯度法求解相应的非线性方程组。当退化到环肋锥柱结合壳时,本文结果优于文献[3]。文中给出了凸式结合壳转折区发生外凸塑性流动位移场的充分条件。编写了计算机程序并进行了数值计算。