基于功能梯度材料的充液圆柱壳耦合振动研究

根据Love壳体理论研究了基于功能梯度材料的充液圆柱壳的耦合振动特性。利用波动法,推导出考虑液体影响时FG圆柱壳耦合系统的振动方程。通过变换轴向波数,得到不同边界条件下充液FG圆柱壳的固有频率。与已有文献的分析结果进行对比,验证了文中研究的准确性。研究表明,液体对FG圆柱壳的固有频率有着明显的影响,轴向半波数、边界条件和壳体长度与半径比对固有频率的影响主要表现在周向波数较小的情况下。     

充液管道轴对称波的传播与衰减分析

在很多工程状况下,特别是船舶和海洋工程领域,管道的振动、噪声和疲劳失效是极其严重的问题。文章对充液管道的轴对称波的传播与衰减进行了解析研究。首先推导了周向模态n=0的管道轴对称振动方程,然后分别得到s=1流体波和s=2壳体波的波数表达式。接着,对波数以及管道和流体的阻抗进行了数值计算和讨论。结果发现,在这种模态下,波的传播与衰减随频率变化(频散特性),与壳体厚径比和流体密度密切相关。事实证明,这种耦合振动分析方法是简洁有效的。     

热环境下功能梯度圆柱壳的频散特性

基于经典壳体理论推导了温度场作用下功能梯度材料圆柱壳自由振动方程,研究了沿厚度方向不同温度分布对功能梯度壳体频散特性的影响。研究结果表明:以径向弯曲运动为主的传播波受热效应影响较为显著;温度效应对近场衰减波的影响随着频率的增大而减弱;共轭衰减波向近场衰减波转化的频率随着温度的升高而增大;与满足一维稳态热传导条件的温度分布相比,壳体最大温升相同时,均匀升温对壳体频散特性的影响较大。该文结果可为功能梯度材料结构在热环境中的波动特性研究提供参考。     

冲击载荷作用下功能梯度梁瞬态响应的解析解

本文解析研究了功能梯度材料悬臂梁受冲击载荷作用时的瞬态响应特性。考虑材料的物性参数沿厚度以幂函数连续梯度变化建立了功能梯度梁的动力学控制方程;并采用分离变量法求解获得功能梯度悬臂梁的固有频率及主振型,同时证明了非均匀功能梯度梁主振型的正交性;最后采用模态叠加法联合杜哈梅积分法解析研究考虑惯性效应的梁在端部集中冲击载荷作用下的瞬态响应,求解获得端部最大挠度随时间变化的精确解析解,并给出冲击发生较短时间内的数值结果,分析了冲击响应特性及其影响因素。     

半无限基衬上功能梯度材料层结构声学性能研究

基于回传射线矩阵法,研究了平面声波入射下半无限弹性基衬上功能梯度材料层的水下声学性能。将功能梯度材料层沿厚度方向上分层,各子层视为均匀材料,并推导了流-固界面处及功能梯度层与基衬界面处的声波局部散射矩阵及各分层的相位偏移矩阵,然后组装得到关于各分层材料波幅的总体矩阵方程,最终求解功能梯度材料层的反射系数及吸声系数。通过数值计算分析了材料参数沿厚度指数型式变化的功能梯度材料层的材料梯度、入射角、基衬材料参数等因素对吸声系数的影响规律。分析结果表明半无限介质上的功能梯度材料层结构实现了由表层材料向基衬材料参数的渐变,对中高频声波具有较宽频的吸声性能;弹性基衬材料主要影响功能梯度层结构的低频吸声性能,基衬材料的特性阻抗与水越接近有利于提高低频段吸声性能。     

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。     

环向加肋充液圆柱壳的振动分析

分析中空和充液加肋圆柱壳的自由振动特性，基于Love壳体理论，列出了中空圆柱壳和考虑充液耦合下的振动微分方程，对于两端简支的边界条件，推导出关于中空和充液圆柱壳的频率的特征方程。用代数方程求解公式从而得到方程的解析解；详细讨论了加肋形式、充液对圆柱壳振动特性的影响。     

周期支撑管路横向振动波传播特性分析

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点.基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法.在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性.由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内.此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带.本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考.     

周期支撑管路横向振动波传播特性分析（英文）

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点。基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法。在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性。由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内。此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带。本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考。     

流场中功能梯度材料圆柱壳的频散特性

文章基于Love壳体理论和Helmholtz波动方程推导了内外流场作用下功能梯度材料圆柱壳流固耦合振动方程。研究了流场作用下功能梯度壳内传播波的频散特性,并与各向同性圆柱壳进行比较。研究表明：在以拉伸和扭转运动为主的频段上,功能梯度壳体的材料特性改变对各支传播波相速度的影响较大,且扭转运动对应频段所受的影响大于拉伸运动对应的频段,而对弯曲波相速度的影响较小。该文可为水下航行器新型复合材料壳体的波动特性研究提供参考。     

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。     

充液管道系统的模态分析

弹性充液管道在一端固定,另一端受到谐和力作用时自身会产生稳态纵振动。相比于管道自身模态的谐振,弹性管道稳态纵振动的幅度更大,对于声场的影响也更大。对于管道稳态纵振动的研究可以更好地说明充液管道对管口辐射声场的影响。通过等效梁模型的解析计算及与实验结果的对比,验证了等效梁模型用于计算管道稳态纵振动的正确性,同时,提出一种用于隔离管道纵振动的方法,并通过实验验证了其有效性。     

纵振动对声传输测量带来的干扰及其避免方法

弹性充液管道在一端固定,另一端受到谐和力作用时自身会产生稳态纵振动。相比于管道自身模态的谐振,弹性管道稳态纵振动的幅度更大,对于声场的影响也更大。对于管道稳态纵振动的研究可以更好地说明充液管道对管口辐射声场的影响。通过等效梁模型的解析计算及与实验结果的对比,验证了等效梁模型用于计算管道稳态纵振动的正确性,同时,提出一种用于隔离管道纵振动的方法,并通过实验验证了其有效性。     

多跨充液管道的振动特性分析

考虑管道与液体之间的泊松耦合与结合部耦合,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与刚性支撑的点距阵。使用传递矩阵法计算两种边界条件下单跨和多跨充液管道的模态频率及模态振型。结果表明,在充液管道振动分析中,流固耦合作用不能忽略,多跨管道系统由于刚性支撑的加入使系统频率增加。     

考虑流体静压时充液圆柱壳的频散特性分析

该文研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的频散特性的影响。静压力作为预应力计入壳体振动方程当中,壳体和流体分别采用Flügge方程和Helmholtz方程。结果表明,静压力对充液壳和未充液壳中传播波的影响一致,仅对第一支传播波有影响,并且使波数减小,周向模态数n较大时使起始频率升高;对其他各支传播波几乎没有影响。随着静压力和周向模态数的增大,对传播波的影响程度增大。     

梯形载荷作用下功能梯度简支梁弯曲的解析解

基于应力函数法,对梯形分布载荷作用下、材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲问题的解析解进行了研究。首先引入了一个应力函数,根据平面应力问题的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了应力函数及各向应力的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了各向应变与位移的显式解析表达式。在算例中,分别采用文中方法和经典理论对均质各向同性梁进行求解,验证了文中方法的正确性;并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,分析了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数 n 对应力和位移分布的影响。     

不同充液高度下液箱的模态分析及实验研究

为研究船舶液舱充液后的振动特性,采用有限元分析法对钢质充液箱不同充液高度条件下的流体与结构耦合振动的问题进行了仿真方面的计算。在ADINA软件中完成了有限元建模及模态分析,分析其振动特性,得出其固有频率和振型。通过LMS振动测试系统对其进行了实验研究,将模态实验值与振型同结构有限元仿真结果进行了分析比较,得出了液面的升高会导致结构频率下降的总体规律,可为LNG型的船舶的减振降噪设计提供参考。     

考虑声固耦合效应的输流管道声振特性分析

[目的]为准确掌握输流管道的声振特性,对其开展数值模拟研究.[方法]首先,基于声固耦合理论建立输流管道数值模型;然后,通过参数化扫描求解管道声振模态的频散曲线,分析弹性壁输流管道内部分别为空气、水和原油时的频散特性以及管道绝对声压应力分布情况,研究管壁厚度、弹性壁和硬声场壁对管道频散特性的影响.[结果]结果显示:管壁厚...     

基于流固耦合的线性充液卡箍管路振动研究

充液管路液压系统广泛应用于舰船、车床、制冷等大型运输系统上,由于管子的振动效果是充液流动情况所致,对其研究需要借助于流固耦合理论。本文针对线性充液管路,在有限元理论的基础上建立振动的流固耦合模型,研究对称布局限制下的管路振动模态及Von Misses应力分布情况,重点分析充液管路长度对压力波动的影响。结果表明:卡箍设置处能够明显减弱振幅,越远离卡箍设置处振动效果越明显,共振情况随着振动频率的增加明显得到加强;应力最大点只要布局在管子内部。压力变化是液压作用的宏观表现,波动的曲线反应出充液过程是一个复杂的作用过程,尽量选择布置长度较短的充液管路。     

应用微分求积法的旋转变截面梁振动分析

研究了截面高度沿纵向线性变化的旋转梁的振动特性。基于Hamilton原理导出了控制方程,该控制方程计及了向心力刚化效应,利用微分求积法将其谐和振动方程转化为代数方程。计算了前三阶固有频率并进行了对比,结果表明了该方法的精度和有效性。