温度场下功能梯度圆锥壳-环板振动特性分析

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析模型。数值算例中,通过将文中求解结果与文献解和有限元法结果进行对比验证了模型的正确性,进而分析尺寸、材料、温度和连接位置等参数对结构振动特性的影响。研究结果表明:组合结构基频随厚度增加而增加,随着幂律指数、半顶角和温度场参数增加而降低,随环板内径和连接位置变化会呈现非单一变化趋势。

具有初始几何缺陷轴向运动GPLRMF圆锥壳的内共振行为研究

普遍认为,初始几何缺陷对结构非线性动力学行为具有重要影响.然而,初始几何缺陷对轴向运动圆锥壳非线性内共振行为的影响机理尚不清楚.为了回答这一问题,本文研究了具有初始几何缺陷和轴向运动的石墨烯片增强泡沫金属(GPLRMF)圆锥壳的1∶2内共振行为.首先,基于Reddy高阶剪切变形理论和von-Karman几何非线性,导出了圆锥壳的运动控制方程.然后,考虑前两阶振动模态,利用伽辽金原理对运动方程进行离散.随后,采用多尺度法进行求解,通过数值计算得到前两种振动模态下圆锥壳的内共振动力学响应曲线.最后,利用龙格-库塔法研究了在1∶2内共振条件下的运动分岔和混沌动力学行为.

基于区域分解的圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构自由振动

提出一种分区广义变分和最小二乘加权残值区域分解法来分析圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动。首先将组合结构分解为圆柱壳、圆锥壳子结构,为获取组合壳体的高阶振动特性,进一步将圆柱壳、圆锥壳子结构分解为圆柱壳段和圆锥壳段。采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将各壳段分区界面上的位移和转角协调方程引入到组合壳体的势能泛函中,使组合壳体的振动分析问题,归结为在满足分区界面位移和转角协调条件下的无约束泛函变分问题。圆柱壳段及圆锥壳段位移变量的周向和轴向(或母线方向)分量分别以Fourier级数和Chebyshev多项式展开。将区域分解法计算出的组合壳体振动频率与有限元软件ANSYS结果进行对比发现,两者非常吻合,验证了区域分解方法的收敛性和计算精度。

基于区域分解的环肋圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析

提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下环肋骨圆柱壳-圆锥壳组合结构的振动特性。首先把组合壳体分解为自由的圆柱壳、圆锥壳段;视环肋骨为离散元件,根据肋骨与圆柱壳段之间的变形协调条件,将肋骨的动能和应变能附加于圆柱壳段能量泛函中。然后基于分区广义变分和最小二乘加权残值法将所有分区界面的位移协调方程引入到组合壳体的能量泛函中。圆柱壳段、圆锥壳段位移变量的周向和轴向分量分别采用Fourier级数和Chebyshev多项式展开。以自由-自由、自由-固支和固支-固支边界条件的环肋骨组合壳体为例,采用区域分解法分析了其自由振动及在不同激励下的振动响应。通过与有限元软件ANSYS结果进行对比,发现两种方法计算结果非常吻合,验证了区域分解方法的计算精度和高效性。

水下圆锥壳临界载荷-频率特性分析

针对基于振动的数值仿真、振动实验预测方法的不足,基于振动的水下圆锥壳临界载荷预报具有结构无损的优势,提出了基于波传播法的水下圆锥壳失稳载荷的理论求解方法。通过建立静水压力下圆锥壳声-固耦合振动方程,并使用波传播法和Galerkin法求解不同静水压下的频率特性。在处理耦合面处流体声载荷时将锥壳分解为多个柱壳微段的流体载荷的叠加。通过对水下圆锥壳的固有频率和静水压力的关系研究,得出静压与固有频率平方近似呈线性关系这一重要结论,并通过线性拟合求出临界载荷。结果对比证实了方法的正确性,且具有简便、计算量小、易于参数优化的优点。

圆锥壳的精确解与等效圆柱壳的解的比较

在目前的潜艇结构设计中 ,通常对不同锥度壳体结合处的应力采用等效圆柱壳的解来进行设计计算。等效圆柱壳的解的精度是 h/R。对于圆锥壳体的应力计算 ,文献中曾给出过精确解 ,但给的并不很全 ,同时在提供的解中还含有一些错误。本文从旋转壳体的基本微分方程出发 ,重新推导了圆锥壳体应力计算的精确解 ,给出了全部的计算公式及计算程序。并以此为基础 ,讨论了采用等效圆柱壳的解的精度问题。本文的讨论对正确使用现有的潜艇结构设计计算规则有一定的参考价值。

水中环肋圆锥壳振动特性分析

基于Flügge壳体理论,采用幂级数法研究不同边界条件下水中环肋圆锥壳振动特性。环肋采用刚度各向异性法,平摊等效为壳体重量的增加。通过将圆锥壳分段,且将每段圆锥壳等效为圆柱壳考虑水流体的负载影响。分析水中环肋圆锥壳的固有、受迫振动特性,并通过数值与解析结果对比,验证幂级数法的正确性。研究流体负载、环肋、半锥角及边界条件对其振动特性影响。结果表明,流体负载与环肋主要以附加质量及阻尼形式作用于锥壳。

圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构自由振动分析

基于Reissner薄壳理论,采用区域分解法分析了不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构的自由振动。首先在壳体连接处将组合壳体分为独立的圆锥壳、圆柱壳和球壳,并将各个子壳体沿旋转轴线分解为若干自由壳段;然后将所有壳段分区界面(包括边界界面)的位移协调方程通过分区广义变分和最小二乘加权残值法引入到组合壳体的能量泛函中;最后将壳段位移场变量的周向分量和轴向分量分别以Fourier级数和Chebyshev多项式展开,通过变分后得到整个组合壳体的离散动力学方程。将区域分解法计算结果与有限元软件ANSYS计算结果进行对比,验证了区域分解法在分析圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构自由振动的正确性和计算精度,并分析了组合壳体长径比及厚径比对自由振动频率的影响。

功能梯度截顶圆锥壳的热弹性弯曲精确解

研究了功能梯度材料截顶圆锥壳在横向机械载荷与非均匀热载荷同时作用下的变形问题.基于经典线性壳体理论推导出了以横向剪力和中面转角为基本未知量的功能梯度薄圆锥壳轴对称变形的混合型控制方程.假设功能梯度圆锥壳的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式.然后采用解析方法求解,得到了问题的精确解.分别就两端简支和两端固支边界条件,给出了圆锥壳的变形随其载荷、材料参数等变化的特征关系曲线,重点分析和讨论了载荷参数与材料梯度变化参数对变形的影响.

复合材料加筋薄壁圆锥壳体有限变形的混合型理论

本文利用变分原理和平均筋条刚度法,建立了在任意载荷作用下纵向和环向密加筋复合材料圆锥壳体有限变形的Donnell型理论.考虑了面板最一般的弯曲拉伸耦合关系和加筋筋条的偏心效应的影响.导出了平衡条件、边界条件和变形协调方程.给出了以应力函数和挠度函数表示的耦合形式的非性性变系数偏微分方程组.对于一些特殊情况,给出了相应的简化方程.

具有夹层的正交异性复合材料圆锥壳体的非线性轴对称屈曲分析

研究均布载荷作用下边缘可移夹支具有正交异性复合材料表层和软夹心的夹层圆锥壳非线性轴对称屈曲问题.利用变分原理导出具有正交各向异性表层夹层圆锥壳在均匀外压作用下的非线性轴对称屈曲问题的基本方程,采用修正迭代法[8]求得了可移夹支边界条件下壳体临界屈曲载荷的解析表达式,对几种典型的纤维增强复合材料表层夹层圆锥壳给出了数值结果和图表,讨论了几何参数和物理参数对临界屈曲载荷的影响。

扁圆锥壳在均布载荷作用下的非线性稳定性分析

本文分析了在均布载荷作用下边缘简单铰链支承的扁圆锥壳的轴对称屈曲问题。利用摄动法求得了临界载荷的近似解析表达式,并将结果绘成相应的曲线,可供工程应用参考。

圆锥壳的渐进分布传递函数解

本文给出一种求解圆锥薄壳线弹性变形的渐进传递函数方法。壳体的三个位移函数首先沿环向展开为Fourier级数，由此得到解耦的偏微分方程，它包括一个空间变量和一个时间变量。对时间变量进行Laplace变换后进一步将其简化为含复参数s的常微分方程，它的系数是坐标的函数。引入小参数ε＝L／r0sinα，用摄动方法得到一组常微分方程，它可以用渐进分布传递函数方法求解。将各子锥段的解进行综合，构造出了由多段锥壳构成的组合壳体的传递函数解。文中给出了数值算例并与有限元的结果进行了比较。

大型发电机定子端部绕组振动的叠层加筋圆锥壳模型

采用正交各向异性叠层复合材料加筋圆锥壳模型,对大型汽轮发电机定子端部绕组整体结构的固有振动问题进行了研究。首先,建立了复合材料加筋圆锥壳体的基本运动方程,以及用位移形式表示的定子端部绕组固有振动控制方程,并采用复合材料理论给出了确定单根绕组及整体结构弹性常数的计算表达式。然后,采用伽辽金积分法推得了确定端部绕组固有振动频率的广义特征值方程。最后,通过算例分析,得到了在不同支架支承条件下发电机端部绕组整体固有振动的频率值及变化规律,并与实测结果进行了比较。

具有薄壳理论同样精度的圆锥壳简化解

采用新的变量转换公式 ,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式转换成一个二阶复常系数的常微分方程式 .求解该方程式 ,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 ,无须利用复杂的贝塞尔函数 ,与具有 h/R精度的等效圆柱壳的解相比 ,其精度同精确解一样为 h/R.该简化解可用于圆锥壳的边界效应 ,以及锥 -柱、锥

流体作用下正交各向异性圆锥壳的自由振动

给出了流体载荷作用下正交各向异性圆锥壳体的自由振动理论模型。通过波传播法和Galerkin法得到了流体载荷作用下截锥壳体自由振动的解。流体载荷作用下的锥壳被划分为好几段,并且每个小圆锥段被当作一个小圆柱段。通过确定每个小圆柱段的流体载荷,来确定锥壳的流体载荷。这样,作用在锥壳上的流体载荷逐段加载。流体载何以及没有流体载荷作用的各向同性和正交各向异性圆锥壳的数值结果被计算出来阐述求解过程的有效性。

静水压力作用下的圆锥壳强度分析(英文)

圆锥壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用。文章建立了一种计算静水压力下圆锥壳强度的计算方法,利用幂级数法计算圆锥壳平衡微分方程的通解,通过构造变形函数利用Galekin法确定特解。算例结果表明文中提供的方法与有限元结果相当吻合,文中方法可以推广到轴对称压力作用下环肋圆柱壳结构强度分析。

层合圆锥壳的声辐射(英文)

为了研究流体载荷作用下正交铺设层合圆锥壳的声辐射,详细研究了一个锥壳的声辐射理论模型。通过把层合圆锥壳划分为许多小段圆柱,处理作用在锥壳上的重质流体载荷。然而,锥壳的位移场仍然由单个锥壳的运动方程描述。锥壳的位移利用波传播法和Galerkin法求解。锥壳的远场声辐射利用两端带无限障板的全部圆柱段的声辐射相叠加。声压在波数域表示。研究了层合锥壳的结构声辐射特性。

不带过渡段的圆锥壳体与圆筒连接时的强度研究

根据经典力学理论建立了求解圆锥壳与圆筒连接时的弯曲应力的理论,在此基础上,系统地研究了圆锥壳与圆筒连接时的强度问题。认为若按径向弯曲应力的控制值为3[σ]tφ,控制曲线与我国现行压力容器标准GB150-1998的规定基本一致,但发现圆锥壳的尺寸等参数,即半锥角α、径厚比γ/δ1、两连接壳体的厚度比τ等对环向强度的影响远比对径向强度的影响大。研究了圆锥壳的环向强度,详尽分析了环向强度依壳体尺寸等因素而变化的规律,并给出了一系列保证环向弯曲应力不大于3[σ]tφ的关联圆锥壳尺寸等参数(α、γ/δ1、τ等)的各种控制曲线和关系曲线及设计方法。

复合材料圆锥壳体的外压稳定性

本文采用Donnell型扁壳理论,在文献[1]的基础上,应用能量变分法分析了在均布外压作用下复合材料叠层圆锥壳体的稳定性问题,得到了临界载荷的近似表达式.数值结果表明,临界载荷的理论预示值与实验结果非常吻合.最后,讨论了材料弹性常数、铺层参数等因素对临界载荷的影响.本文所得结果对航空航天结构设计具有重要参考价值.