基于正交试验的新型复合材料圆柱壳结构优化设计

新型复合材料圆柱壳结构——金属箍增强复合材料圆柱结构(HRCC)由复合材料壳体,两端内、外金属套筒及中部的内、外金属箍等组成,为使其获得更高的承载效率,对内、外金属箍几何尺寸和间距进行了优化设计。首先通过试验对有限元计算的准确性进行了验证;然后将内、外金属箍宽度、厚度及金属箍间距作为独立因素,以HRCC的承载效率为优化目标,基于有限元方法设计了多因素、多水平正交试验;最后利用极差分析法对正交试验进行影响权重分析,得到最优参数组合,并重新建模进行有限元模拟。结果表明,优化后的HRCC承载效率提高了10.2%。

功能梯度圆柱壳-内声场耦合系统振声预测

针对功能梯度(FGM)圆柱壳与其内声场的振声特性分析需求,采用特征正交-里兹法研究圆柱壳厚度、材料梯度指数、边界支撑刚度、阻抗边界和简谐力位置等因素对振声系统的影响。圆柱壳的位移及内部声压变量通过特征正交多项式与周向傅里叶谐波函数构建,并以声压做功的方式考虑结构与声场之间耦合条件,进而结合里兹法得到耦合系统的振声模态和稳态响应。研究表明,由该模型所得到的数值解与文献及有限元结果具有较好的一致性。对参数的研究发现,壳体厚度、梯度指数、边界刚度、阻抗边界和激励位置等对振声系统的耦合特性均有较为明显影响,这为该类结构的低噪声设计及其内部声场优化提供了有益的参考。

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。

基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析

基于ANSYS/LS-DYNA,在验证模型及参数选取正确及可靠的基础上,建立了大空间柱壳结构在爆炸作用下的冲击波压力场计算模型。引入本征正交分解(POD)法,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱壳结构在爆炸冲击荷载作用下的压力场进行了数值模拟计算与分析,研究了跨度和矢跨比等因素对结构压力场分布的影响。结果表明,计算模型适用于大空间柱壳结构在爆炸作用下的动力响应计算。

复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析

使用能力法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,在计算加筋结构应变能和动能时,将加筋结构的作用影响平均在整个壳体区域。然后代入Lagrange方程得到频率方程。通过比较,计算方法所得到的结果与文献比较吻合。采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小。还研究了壳体和加筋结构参数的变化对圆柱壳自由振动频率的影响。

柱面壳体表面风压分布特性风洞试验研究

基于刚性模型的风洞试验,在不同风攻角及场地条件下,对考虑不同长跨比的柱面壳体表面风压分布进行了同步测量.根据测量结果对壳体表面风压场特性进行了分析,包括风压系数、整体风力系数、脉动风压自功率谱及互功率谱、风压场本征正交分解特性、雷诺数对壳体表面风压分布的影响等.结果表明,此类曲面模型表面风压分布受雷诺数影响明显,且模型曲面特性使得风场本征正交分解的前几阶特征模态对整个风压分布的贡献增大.

带边桁架单层柱面正交异型网壳的静力特性分析

单层柱面正交异型网壳是一种新型的网壳形式。利用空间杆系有限元法 ,针对采用边桁架支撑的单层柱面正交异型网壳 ,进行内力计算 ,分析其在不同边界约束条件下的静力特性 ,并与采用拱形圈梁支撑下的网壳进行比较 ,为结构造型及工程设计提供依据。

大空间柱面网壳结构在爆炸荷载下的动力响应

通过应用LS-DYNA程序对柱面网壳结构室内爆炸的数值模拟实验,建立了大空间结构在爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。数值模拟计算结果与J.亨利奇公式结果吻合。通过提取结构表面有限测点的冲击波超压并将其POD分解,解决了冲击波荷载的时空差异性及结构表面压力场分布问题。采用Ritz-POD法对大空间单层柱面网壳结构在爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟计算,研究了结构矢跨比、结构高度、炸药TNT当量及爆炸点位置等参数变化对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适用于大空间结构的爆炸动力响应分析。大空间结构的最大位移和应力响应随炸药TNT当量的增加成非线性增大,应力响应成倍增大,位移响应成数倍增加。偏心爆炸冲击波比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利。对于应力控制设计的结构,应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。

正交异性圆柱壳受冲扭联合作用的弹性波传播

给出了计及剪切变形和转动惯性的正交异性圆柱壳的轴对称运动方程的量纲一的形式．应用广义特征线理论得到了沿特征线上的相容方程，并采用数值积分计算了受轴向冲击和扭转联合作用下有限长圆柱壳的波传问题．该方法适于更为复杂的模型．

贮液圆柱容器湿模态的正交性及其在动力响应分析中的应用

1.引言湿模态分析技术近几年来已日益受到人们的重视.文献[1]和[2]用杂交子结构法解大型液固耦合系统的特征值问题,其中就是以湿模态的正交性作为基础.离散形式的湿模态的正交性Daniel曾作了一定程度上的论证;连续体系湿模态的正交性的证明,目前只见到梁式结构.本文从圆柱壳体模型出发,借助Fl?gge运动方程和势流理论,

复合有限条法研究水压作用下加肋柱壳的后屈曲

为了研究水压作用下的加肋柱壳的后屈曲状况，并且能考虑到肋骨的实际截面形状和分布情况，本文将复合有限条方法应用于环加肋圆柱壳的后屈曲分析。在对后屈曲路径的跟踪过程中，使用了正交弧长法。算例表明，复合有限条方法同纯粹的有限元方法相比在速度上能提高10倍以上，并且方程阶数与壳体尺寸无关，是一种分析加肋板壳结构的理想方法；实际应用的加肋圆柱壳在水压下的后屈曲路径一般来说不存在分叉点，在后屈曲阶段，随着变形的增加常常要求压力有所增加。

谐振式燃油密度传感器振动筒的设计与分析

飞机燃油密度高精度的测量对精确控制燃油量有重要作用。本文通过理论分析及ANSYS有限元分析软件对谐振式燃油密度传感器振动筒进行了振动模态分析,并利用正交实验设计法优化了不同振动模态、不同振动频率下振动筒的设计。分析结果表明：采用基本振型m=1,n=4,几何尺寸为L=2.9 cm,R=0.8 cm,t=0.20 mm的振动筒时,在密度范围为700-900 kg/m^3的航空煤油环境下,其谐振频率范围为7.5-8.5 kHz。符合设计目标频率在2-10 kHz的要求,可作为谐振式燃油密度测量系统振动筒的设计参考。

导电圆柱薄壳的热磁弹性效应分析

研究了磁场环境中受机械载荷作用的导电圆柱薄壳的热磁弹性问题.首先,根据电动力学方程和广义Ohm定律,得到了导电薄壳电流密度的分布,考虑到Joule热效应及热平衡方程,得到了导电薄壳的温度分布.其次,通过几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程导出了导电薄壳在机械场、电磁场以及温度场作用下的基本方程.最后,采用差分法及准线性化方法,得到了可以应用离散正交法求解的准线性微分方程组.对于导电圆柱薄壳,得到了Lorentz力表达式,并且推导了温度场积分特征值.讨论了导电圆柱薄壳应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,并通过实例证实了可以通过改变电、磁、力场的参数来实现对薄壳的应力、应变、温度的控制.

水中双向加肋圆柱壳体的自由振动

以浸没于水中的双向加肋弹性薄圆柱壳为研究对象 ,考虑介质与结构振动的耦合效应 ,研究流固耦合系统的自由振动。基于 Kennard薄壳理论、Helmholtz方程以及壳壁外表面的运动协调条件 ,并借助 Dirac- δ函数引进肋骨对壳体的作用 ,从而建立耦合系统的运动方程。通过傅氏积分变换 ,引进算子函数 ,并利用算子函数的周期性 ,进而得出系统的频率方程。采用沿实波数轴搜索求根的方法 ,重点计算了无限长双向加肋薄圆柱壳的自由传播波频率系数。

正交巨型柱面网壳机库屋盖结构几何构型研究

分析了正交巨型柱面网壳机库结构的几何构成形式,推导了结构各几何参数间的数值关系,提出了正交巨型柱面网壳机库结构的建模方法。编制建模程序,给定结构跨度、长度、矢高、网格数,便可生成正交巨型柱面网壳结构几何模型。与正放四角锥双层柱面网壳和斜放四角锥双层柱面网壳结构进行对比分析,计算杆件最大应力、结构最大挠度与单位面积用钢量。结果表明,正交巨型柱面网壳机库屋盖结构主次分明、受力合理、传力路线明确,在保证结构强度与刚度的基础上减少材料用量,减轻结构自重,使机库结构实现更大跨度,为机库屋盖结构的理论研究与工程设计提供参考。

弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性分析

使用Gram-Schmidt正交化构造了满足圆柱壳自由边界条件的一组正交多项式,并以此为基函数构造圆柱壳的振动位移表达式;在此基础上,基于Sanders壳体理论,利用Rayleigh-Ritz法,提出了一种用于分析弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性的方法。利用该方法,求解了两端简支的正交加肋圆柱壳的自由振动固有频率,将其与文献结果对比,验证了文中方法的正确性;该文还分析了边界各方向约束刚度对正交加肋圆柱壳振动特性的影响。研究表明,本文的方法收敛性好,计算效率高,且可用于分析受经典边界约束的加肋壳振动特性,具有很强的通用性。

单层柱面正交异型网壳的动力特性研究

结构的动力特征值是抗震设计的主要依据。本研究应用有限元方法,对支承于刚性边梁的柱面正交网壳的动力特性进行分析,计算了不同边界条件下结构的自振频率及振形。通过对动力特性的分析,得出了一些对柱面正交异型网壳抗震设计有用的结论。

单层柱面正交异型网壳的非线性动力稳定全过程分析

单层网壳的稳定性能是该种结构设计的主要控制因素,动力稳定是单层网壳稳定性能的主要组成部分。该文利用非线性有限元理论,对单层柱面正交网壳在地震荷载作用下的动力稳定全过程进行了分析。在数值分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载。通过分析对单层柱面正交网壳的动力屈曲前后过程有了一个较为全面的了解。

正交各向异性旋转壳的塑性拉伸失稳

研究了正交各向异性旋转壳的拉伸塑性失稳 ,给出了失稳条件下强化材料旋转壳的应力和应变。

复合载荷圆柱壳径向接管极限载荷参数化分析

采用正交试验设计方法,设计了48组不同几何参数的带径向接管圆柱壳模型,利用有限元分析软件ANSYS对模型进行模拟计算,求得模型在内压与接管纵向弯矩联合作用下的极限载荷,由回归分析法得到复合载荷作用下圆柱壳接管结构极限载荷关系的经验方程。采用有限元计算结果对经验方程进行验证和应用,证明了回归方程和研究方法是可靠的,可用于求解内压与接管纵向弯矩联合作用下圆柱壳接管结构的极限承载能力,为快速求解载荷联合作用下圆柱壳接管结构的极限承载能力提供了研究方向。