有限长双层壳体声辐射理论及数值分析

研究流场中有限长加筋双层圆柱壳受径向点激励的振动和声辐射性能。壳体的振动用 Flügge壳体方程描述 ,将加强构件等价为对内外壳体的支持力 ,采用 Helmholtz波动方程、壳体表面的边界条件和傅氏变换方法求解声压的表达式 ,然后将其引入壳体振动方程 ,最后求解双层壳体声 -流体 -结构耦合方程 ,计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。讨论了有限长单、双层壳体声辐射性能的差别以及双层壳体壳间连接形式和实肋板参数的变化对其声辐射性能的影响 ,得出结论 :当内壳受激振动 ,通过外壳向外场辐射噪声时 ,其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板 。

吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的试验研究

为考察吸声尖劈对船舶声纳平台水下声学环境的影响,开展了吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的模型试验研究。通过对板柱组合结构0%、36%、60%、100%敷设吸声尖劈材料,在声波以0°、90°、180°方向入射板柱组合结构时,研究了尖劈敷设方式、声波入射角度对板柱组合结构水下声场及散射声场的影响,得到了不同工况下板柱组合结构典型部位的声场分布。研究表明:吸声尖劈可明显改变板柱组合结构的声场分布,降低板柱组合结构的自噪声;但其抑制效果随考核位置、声波频率、敷设密度的不同而各有变化。

改进傅里叶级数法求解封口锥柱球组合壳的自由振动

提出了一种改进傅里叶级数的半解析方法分析封口锥柱球组合壳的自由振动特性。基于能量泛函,结合经典薄板理论和Love壳体理论,建立了组合结构的理论模型,研究了不同柱壳长度,不同锥球半角以及不同厚度端板下锥柱球组合壳的固有频率。该方法下的各子壳结构位移由标准的傅里叶级数和辅助收敛函数组成,既克服了传统傅里叶级数在子壳结构交接处的不连续性,又提高了计算的收敛精度和速度。研究表明:该方法收敛性较好,所得理论计算结果与有限元结果比较一致。通过分析固有频率,发现改变长度,半角,端板厚度均会对锥柱球组合壳的自由振动产生较明显的影响。

空间聚光太阳电池阵柔性透镜薄膜结构的力学分析

运用线性Kirchhoff平板理论建立柔性菲涅耳透镜薄膜结构的静力学模型,给出柔性透镜的静力学求解方法,得到柔性透镜变形的解析解。分析透镜纵向应变、背衬厚度、透镜纵向长度对柔性透镜特性的影响,获得上述参数对透镜变形和几何光学性能的影响规律。基于圆柱薄壳振动理论,建立柔性透镜动力学模型,然后根据Reissner理论确定的有限长开口圆柱壳振动方程的一般解,给出柔性透镜动力学模型的求解方法,计算柔性透镜的振型和固有频率,分析透镜纵向应变、背衬厚度和轴向波数对柔性透镜固有频率的影响。结果表明:在设计柔性透镜结构时,适当增加透镜的纵向应变并减小透镜的背衬厚度有利于减小透镜的变形。柔性透镜的固有频率与纵向应变和透镜背衬厚度密切相关,需选择合适的纵向应变与背衬厚度。柔性透镜的变形随着透镜纵向长度的增加而增大,但纵向长度太小会增加相同太阳电池阵面积上聚光组件的安装数量,因此纵向长度的选择需综合权衡。

环加肋圆柱壳振动分析的复合有限条法

提出一种分析环加肋圆柱壳自由振动问题的高效半解析方法──复合有限条法。该方法可在一个有限条元内计入若干个横向加肋的影响，包含横向加肋的有限条元称为复合有限条元，环加肋圆柱天采用一系列复合有限条元进行离散。复合有限条法可按加强肋骨的实际分布情况进行计算，而不必采用将加肋的影响平均到整个壳体的方法，且可考虑肋骨偏心的影响，它是一种子结构求解技术。算例表明，复合有限条法具有良好的求解精度和很高的求解效率，与常规有限元法相比，复合有限条法大大减少了系统自由度和计算工作量，且易于程序实现，是一种分析加肋板壳结构振动问题的较理想方法。

金属-橡胶层叠阻尼肋板对双层壳振声性能的影响

为降低双层圆柱壳的辐射噪声,基于阻尼减振原理,从抑制声桥振动能量传递入手,通过结构增阻技术在壳间声桥中设计了金属-橡胶层叠复合阻尼肋板;考虑粘弹性材料的频变特性,数值计算了肋板型式改进前后双层壳振声性能,分析了层叠阻尼肋板参数变化对双层壳振声性能的影响.研究表明:壳间声桥采用金属-橡胶层叠复合阻尼钢板能有效衰减振动能量的传递,降低双层壳辐射噪声;减小阻尼层储能模量有更好的减振降噪效果;随着频率的增大,提高材料的阻尼对降低中高频线谱峰值更有效;阻尼层的厚度选择既要保证结构的总体刚度,又要尽量增大阻尼层以提高能量耗散能力.

隔声去耦瓦抗冲击性能数值研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法。但由于隔声去耦瓦含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这必然会对水下航行器的抗冲击性能产生影响。基于有限元法,通过改变敷设在结构表面的隔声去耦瓦性能参数(包括空腔结构形式、空腔尺寸及材料厚度等),采用ABAQUS大型非线性动力学分析软件,对隔声去耦瓦空腔结构变形与冲击波能量吸收之间的关系进行了研究,得到了隔声去耦覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,并在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计建议。结果表明在声学覆盖层满足结构减振降噪要求情况下,建议尽量减小声学覆盖层的腔体形状。

声激励下板柱组合结构水下近场声学特性数值研究

为研究船舶声纳平台区域的声学环境,基于数值方法研究了声波激励下板柱组合结构的水下近场声学特性,并讨论了声波频率及声波入射角度对板柱组合结构声场的影响.结果表明,板柱组合结构内部的声场分布较为复杂.声波频率较低时,板柱组合结构内部声场分布较为均匀;声波频率逐渐提高时,板柱组合结构内部将逐渐出现明显的声压加强区和减弱区;声波入射角度对声场加强区和减弱区的大小及出现位置也有较大影响.

板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理的新型空间结构形式。采用组合结构有限元法对板锥柱面网壳的静力特性影响因素进行了详尽的分析,着重研究了结构形式、几何参数和边界条件对板锥柱面网壳静力特性的影响。分析结果表明,形式不同的板锥柱面网壳,结构的变形规律及内力分布规律相去甚远,对于同一型式的板锥柱面网壳,仍因其几何外形,尤其是矢跨比的不同有不同的结构反应。板锥柱面网壳是边界条件敏感型结构,边界约束条件的细微变化将有可能使结构产生相当大的变化。因此,了解影响板锥网壳结构静力特性的因素是十分重要的。

地下装配式大直径组合筒仓仓壁稳定性分析

【目的】为实现地下装配式大直径组合筒仓的稳定性验算,对装配式组合仓壁进行稳定性分析。【方法】先以有限元分析法验算证明地下仓壁稳定性是可靠的,再对装配式组合仓壁和现浇组合仓壁的稳定性进行分析。【结果】结果表明,装配式组合仓壁的一阶屈曲模态与现浇混凝土仓壁、现浇组合仓壁的一阶屈曲模态均呈现“椭圆形”整体屈曲。当接头抗弯刚度不小于组合仓壁截面抗弯刚度时,装配式组合仓壁的稳定承载力不小于现浇组合仓壁。通过对刚度比-荷载比曲线上的各点进行拟合,得到可用于验算地下装配式组合仓壁整体稳定性的关系式。【结论】本研究为地下粮仓装配式筒仓仓壁的结构设计提供参考。

具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度分析

讨论一类特殊工程结构——具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度问题.利用解析法导出均布荷重、内缘分布力与外缘分布弯矩同时作用时环形板的弯曲公式;使用迁移矩阵法求解承受均布压力、边缘分布弯矩及分布力作用下的加筋圆柱壳.利用边缘处变形协调条件建立方程组,解出各有关状态变量.在此基础上进行了大量的数值分析,得出了一些可供工程设计参考的结论.

环肋圆柱壳卧置状态下的重力变形分析

为了研究潜艇耐压壳体合拢阶段端口处在自身重力作用下产生的变形,基于板壳理论的有矩理论和无矩理论,推导环肋圆柱壳自由端变形的简单计算公式,计算结果与有限元仿真结果进行了比较,验证了公式的可靠性。结果表明:当底部简支的薄壁圆柱壳受到自身重力影响时,自由端变形量与圆柱壳内半径的四次方成正比,与壁厚的二次方成反比;对于悬臂圆柱壳,重力载荷对自由端面的圆度影响不大,随着自由端与固支端的距离增大自由端变形量呈非线性递增趋势,且增加速率逐渐增大。随着圆柱壳内半径增加,自由端变形量逐渐降低,当圆柱壳内半径是纵向长度的0.75倍时,自由端变形量达到最小,此后,随着圆柱壳内半径增加而逐渐增大。研究结果可为环肋圆柱壳卧置状态下的重力变形计算和加强措施提供参考。

肋板与流体的耦合对水下双壳体声辐射的影响

以水下双层圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量、附加阻尼算法,计算各工况下分别忽略和考虑层间实肋板与内域流体耦合作用这2种情况下结构的振动与声辐射,并从均方法向速度级和辐射声功率级这2个方面分析讨论壳间肋板与内域流体耦合作用对水中双层圆柱壳振动与声辐射的影响。结果表明:壳间肋板与流体耦合作用对水下双层圆柱壳振动与声辐射影响很小。壳间肋板数量越多,厚度越薄,内壳半径越小,肋板与内域流体的耦合作用对结构的振动与声辐射的影响则越小。

板锥柱面网壳结构抗火性能分析

为研究板锥柱面网壳结构的抗火性能,基于高大空间建筑火灾下空气升温模型,采用ANSYS软件对结构进行了热-结构耦合分析,并改变火源位置、构件尺寸和结构矢跨比对结构抗火性能进行了参数化分析。结果表明:板锥柱面网壳结构在火灾作用下不发生整体垮塌,只发生不同程度的局部破坏;结构无支承约束的端边处在火灾初起阶段容易发生局部失稳而迅速产生较大的竖向位移;锥体之间的连接处存在应力集中,容易因结构受热膨胀导致应力增加而发生破坏;增加腹板厚度和上弦杆截面面积能有效增强结构抗火性能,增加8%的用钢量,火灾下结构的中心区域最大可减少85%的竖向位移;适当减小结构跨度和增大矢跨比可以保证板锥柱面网壳结构有良好的抗火性能。