Nonlinear Dynamic Buckling of Damaged Composite Cylindrical Shells

Based on the first order shear deformation theory(FSDT), the nonlinear dynamic equations involving transverse shear deformation and initial geometric imperfections were obtained by Hamilton's philosophy. Geometric deformation of the composite cylindrical shell was treated as the initial geometric imperfection in the dynamic equations, which were solved by the semi-analytical method in this paper. Stiffness reduction was employed for the damaged sub-layer, and the equivalent stiffness matrix was obtained for the delaminated area. By circumferential Fourier series expansions for shell displacements and loads and by using Galerkin technique, the nonlinear partial differential equations were transformed to ordinary differential equations which were finally solved by the finite difference method. The buckling was judged from shell responses by B-R criteria, and critical loads were then determined. The effect of the initial geometric deformation on the dynamic response and buckling of composite cylindrical shell was also discussed, as well as the effects of concomitant delamination and sub-layer matrix damages.     

NUMERICAL SIMULATION OF COUPLED STRUCTURAL- ACOUSTIC PROBLEMS USING FEM/IBEM

Introduction　　Numerical implementation of a coupling vibro-acoustic algorithm for the immersed elastic modelis a key problem.A thin shell interacting with itsexterior is one typical example of osciallatory be-havior.It is improtant therefore to identify thecoupled vibro- acoustic behavior in order to adjustthe vibro- acousticdesign of the interacting system.Some researchers adopted the finite elementmethod to study the coupling system,but theacoustic fluid region is limited in the near field…     

NUMERICAL ANALYSIS FOR VIBRATION CONTROL OF BEAMS WITH ACTIVE CONSTRAINED LAYER DAMPING TREATMENTS

IntroductionThe conventional passive constrained layerdamping (PCLD) treatments[1～ 3] are applied tomachines and structures widely over the lastcentu-ry because they are reliable and simple,however,they are not intelligent. Once the damping treat-ments are installed,they can not be adjusted andcan not adapt themselves to changeable environ-ment.Recently,active damping has received in-creasing attention in the aeronautic and astronauticindustries because of its significant and adjustabledamp…     

车-桥耦合振动的联合方程分析方法

根据d'Alembert原理和有限元理论,分别建立了车辆和桥梁的振动方程;基于车辆密贴理论,轮底接触点位移由桥梁节点位移采用形函数插值得到,接触点作用力等效成桥梁单元的结点力代入桥梁振动方程,将车辆、桥梁振动方程组联立形成了车-桥耦合振动的总体振动方程;采用数值积分的Newmark-β法求解方程组。结果表明:此方法和经典的迭代求解方法是吻合的。     

滚石冲击钢筋混凝土板的弹塑性动力响应研究

滚石冲击钢筋混凝土板过程伴随复杂的能量转化,基于经验或Hertz接触理论的传统钢筋混凝土板抗冲击设计与实际状况有较大出入.为探索一种更加高效准确的滚石冲击响应计算方法,引入Olsson针对正交各向异性复合板提出的冲击动力控制方程,结合弹塑性接触理论开展滚石冲击钢筋混凝土板动力响应分析,并与Hertz解及动力有限元解进行对比,结果表明:相同条件下,Hertz理论解由于仅考虑板的弹性变形,其峰值冲击力较弹塑性理论解和动力有限元解分别增大31.8%和77.1%,其最大压痕深度较后两者分别增大17.3%和61.8%,而基于弹塑性接触准则的冲击动力响应更加接近于动力有限元解,趋于真实,且避免了复杂建模过程,高效可行.      

Finite Element Methods for Coupled Stokes and Darcy Problems

We derived and analyzed a new numerical scheme for the coupled Stokes and Darcy problems by using H(div) conforming elements in the entire domain. The approach employs the mixed finite element method for the Darcy equations and a stabilized H(div) finite element method for the Stokes equations. Optimal error estimates for the fluid velocity and pressure are derived. The finite element solutions from the new scheme not only feature a full satisfaction of the continuity equation, which is highly demanded in scientific computing, but also satisfy the mass conservation.     

基于速度场重构的双层加肋圆柱壳体模态分析

从研究潜艇轻外壳表面速度场的重构方法出发．建立有限长双层加肋圆柱壳模型，用有限元法对其低中频段进行了振动模态分析，找出内外壳体模态参数的变化规律，此外为了研究静水压力对模态参数的影响，还比较了壳体模型在水中和在空气中各阶模态的固有频率，为研究艇体振动特性以及轻外壳速度场重构方法提供了理论依据．     

基于稳定等效的覆雪屋盖静力风荷载计算方法

为了避免屋盖结构在暴风雪中发生动力失稳,建立了基于稳定等效的静力风荷载计算方法.采用计算流体动力学方法模拟了屋面积雪漂移现象;根据Budiansky-Roth准则判定了覆雪屋盖的动力稳定性;借鉴阵风荷载因子法构建了基于稳定等效的静力风荷载计算方法;最后,对实际双层柱面网壳进行了动力稳定性设计.研究结果表明,强风下覆雪屋盖出现较为明显的失稳阶段,当风速为设计基准风速的1.0倍时,屋盖发生动力失稳,静力失稳计算可得临界风速为35.8 m/s,该结果可作为该屋盖设计的动力失稳临界风速.      

水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究

研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题。从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式。通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率。为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法。     

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

Modified numerical model for simulating fluid-filled structure response to underwater explosion with cavitation

In this paper, a numerical method is established to analyze the response of fluid-filled structure to underwater explosion with cavitation and the validation of the method is illustrated. In the present implementation, the second-order doubly asymptotic approximation （DAA2） other than curved wave approximation （CWA） is used to simulate non-reflecting boundary. Based on the method, the difference between DAA2 non-reflecting boundary and CWA non-reflecting boundary is investigated; then, the influence of internal fluid volume and the influence of cavitation on dynamic response of spherical shell are analyzed. Compared with CWA non-reflecting boundary, DAA~ non-reflecting boundary treats added mass effects better. When the internal fluid is full, the displacement and velocity of spherical shell decrease, but, when the internal fluid is half, the displacement and velocity of spherical shell increase. The effect of cavitation is more obvious at the trailing point than at the leading point of spherical shell.     

波形腹板钢箱-混凝土箱梁桥的有限元模型修正

为了缩小波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥有限元值与实测值之间的偏差,提出了采用响应面法和Fmincon算法相结合的桥梁有限元模型修正方法.以甘肃景中机场连接线的一座波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥为研究对象,首先对其进行静、动载试验,获得其弯曲振动频率、挠度及应变的实测值;其次分别采用实体和板壳模式的有限元建模获得该桥相应...     

流固耦合对双层圆柱壳体振动特性的影响

从研究潜艇壳体表面速度场以及流固耦合作用对双层壳体振动响应特性的影响出发,建立小型有限长双层加肋圆柱壳模型.用有限元法分析了壳体模型在空气中和水中,以及双层壳体间有水三种情况下振动响应特性,分析表明流固耦合作用对壳体,尤其是外壳体低中频段内的振动响应特性影响比较明显,而对高频段的振动响应影响相对较小.     

人-结构竖向相互作用两类简化模型分析

基于质量-刚度-阻尼（mass-spring-damper,MSD）和质量-刚度-阻尼-附加质量（mass-spring-damper-rigid mass,MMSD）两类简化分析模型,采用正则化结构振型函数建立简化的人-结构竖向相互作用动力方程. 针对具有非比例阻尼特性的动力方程,采用状态空间法求解耦合系统瞬时频率和阻尼比,讨论两种耦合动力方程的区别以及结构在人行荷载作用下频率和阻尼比的变化规律,分析人-结构耦合状态下结构加速度响应的差异. 结果表明:考虑人-结构竖向相互作用时,两类动力方程的结构阻尼比显著增大,结构瞬时频率略有减小,瞬时阻尼比峰值平均提高31.67%,瞬时频率峰值平均仅减小0.29%; 结构人致振动分析时应考虑人-结构竖向相互作用;MSD和MMSD两种模型分析情况下,结构动力响应差异很小,均方根加速度值的差异仅为0.34%.      

某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

以某跨海大桥为例,采用有限元软件MIDAS建立三维空间有限元模型,考虑桩-土效应,研究在地震荷载作用下,阻尼器的阻尼比与阻尼指数之间的关系。根据能量等效原理,推导出非 线性阻尼器最优阻尼系数,提出一种阻尼器参数优化的新方法。研究发现：当桥梁设置线性黏滞阻尼器时,体系的最优阻尼比近似等于0.5,与不设置黏滞阻尼器且阻尼比为0.05 时的耗能能力近似相等;当阻尼器为非线性时,随着阻尼指数的增大,最优阻尼系数逐渐减小,结构位移逐渐增大;非线性阻尼器的减震效果优于线性阻尼器。这种阻尼器参数优化的新方法不仅可以大大减少计算时间,而且可以直接得到最优阻尼系数和最优阻尼比。     

SCLD板模态控制模型及振动控制

为有效抑制薄板在外界激励下的低频振动,对机敏约束层阻尼(SCLD)结构进行了主动振动控制研究.首先,考虑了黏弹性材料随温度与频率变化的阻尼特性,结合GHM阻尼模型建立了耦合系统有限元动力学分析模型;其次,考虑到结构动力学模型自由度庞大,采用物理坐标下自由度动力缩聚和状态方程下复模态截断进行了两次降阶,并通过复模态空间向实模态空间转换,得到了低维实模态控制模型;最后,通过模态实验验证了理论模型,并基于低阶控制模型设计了振动控制器,证明了研究方法的正确性.研究结果表明,采用本文的组合降阶方法可以有效地对SCLD结构进行降阶,对模态控制模型主动控制取得了良好控制效果:在单位阶跃激励下,振动响应衰减时间从0.20 s缩短为0.08 s;在随机白噪声激励作用下,振动响应均方根值降低了39.65%.      

基于ANSYS-MATLAB联合仿真的大跨铁路悬索桥行车分析

针对大跨铁路悬索桥结构复杂、几何非线性显著的特点开展行车动力分析,提出了一种ANSYS与MATLAB实时交互、联合仿真的列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法;在ANSYS内建立悬索桥和轨道结构精细有限元模型,在MATLAB内基于多刚体动力学理论组装车辆质量、阻尼和刚度矩阵,并将轨道结构动力微分方程系数矩阵导至MATLAB中...     

沥青路面动态响应数值分析

为了优化沥青路面结构设计,引入无反射边界,依据结构动力理论,利用有限元数值分析方法,对多层沥青路面在移动荷载作用下的动态响应进行了分析。发现沥青面层的拉应力和路表弯沉随着基层模量、层间摩擦系数、行车速度和面层材料阻尼的增大而减小,剪切应力随着轮胎接地压力和基层模量的增大而增大。分析结果表明:基层设计需要综合优化设计,简单增加基层模量和厚度都是不合适的;良好的层间接触状态以及使用较大阻尼的材料,有利于路面性能的改善;提高行车速度可以延长路面的使用寿命。     

高速列车齿轮传动系统参数振动稳定性

为了准确表达参数激励下高速列车齿轮系统振动的稳定性,利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开进行拟合.考虑齿轮啮合误差,建立了高速列车齿轮传动系统扭转振动模型.结合多尺度近似解析方法,推导了参激振动下高速列车齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线,并分析了影响齿轮传动系统稳定性的相关因素.研究结果表明:齿轮系统的不稳定性区域随着列车运行的速度降低总体呈减小趋势,但是在发生参数共振速度处存在明显不稳定区域;增大阻尼有利于系统的稳定性,当阻尼系数从0.01增加到0.05时,处于稳定区域的刚度波动幅值从5%增加至20%;增加齿轮的重合度可以减小啮合刚度的谐波特性,从而增强系统的稳定性.      

基于单源模糊数的模糊有限元方程的解法

在单源模糊情况下,一个模糊数可以分解成为一个实数和一个单位模糊数。在求解这类模糊有限元时,可先将模糊因素分离出来,然后再按常规有限元方法求解,最后再处理含有模糊因素的结果。这样做不仅可以减少由于以往先处理模糊因素所需要的工作量,而且更利于工程技术人员对于该结构的分析和研究。