充液圆柱壳的波传播和功率流特性研究

以一无限长弹性充液圆柱壳为研究对象，分别用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论与Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析管壁结构波运动和管内声场，通过管壁内表面的运动协调条件，建立此耦合系统的运动微分方程。分析了耦合波的传播特点。重点讨论在自由传播波作用时，由壳体中各内力传播的功率流，从能量角度分析了各种波的传播特点。

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。

充液圆柱壳轴向冲击屈曲的计算机仿真分析

利用大型通用有限元程序ＬＳ－ＤＹＮＡ，对充满水的金属薄壁圆柱壳轴向冲击屈曲过程进行了计算机仿真分析。分析表明，充液圆柱壳在大质量锤体低速撞击下，壳内液体承受很高的压力，在此内压与轴向压缩的联合作用下，柱壳发生轴对称屈曲。得到的屈曲模态动画显示以及冲击力和液体内压时程曲线与实验观察相比较，其一致性是令人满意的。

考虑流体静压时充液圆柱壳的输入能量流特性

研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的受迫振动能量流的影响。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波动方程。分析了耦合系统在周向线分布余弦载荷下的动态响应,用傅立叶变换和反变换实现空间域与波数域之间的相互转换,采用留数定理求取系统的响应并得到耦合系统的输入能量流。结果表明,周向模态数n=0时,静压力对耦合系统的输入能量流影响很小;n较大时,在中低频下静压力使输入能量流曲线沿频率轴右移,由于输入能量流的峰值点处的频率对应于频散曲线中各支传播波的截止频率,对应传播波的截止频率升高,高频时则基本无影响。随着静压力以及周向模态数的增大,输入能量流受到的影响程度也增大。

正交各向异性充液圆柱壳的自由振动

本文从三维弹性理论出发，在圆柱坐标下将三个位移分量用正交级数展开，并用Ｆｒｏｂｅｎｉｕｓ方法求解了关于三个未知函数的一个二阶常微分方程组．考虑到内部可压缩流体对柱壳的作用后，可得到两端简支的任意厚度正交各向异性充液圆柱壳非轴对称自由振动的频率方程．给出了若干算例，并与壳体理论的结果作了对比．

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。

含环向表面裂纹充液圆柱壳的耦合振动特性分析

对含环向表面裂纹有限长充液圆柱壳的耦合振动特性进行了研究。在经典薄壳理论中引入基于断裂力学的线弹簧模型来模拟环向表面裂纹;根据理想流体在柱坐标系下的Helmholtz波动方程,通过添加流体载荷项建立了圆柱壳的耦合振动控制方程,采用波传播法描述耦合系统的振动;经优化迭代法有效地计算对应特定固有频率的轴向波数,在此基础上迭代计算满足特定边界条件和裂纹位置连续性条件的固有频率值。为验证方法的准确性,将计算模型分别退化为真空中完善圆柱壳,真空中裂纹圆柱壳,充液完善圆柱壳,三种情况与文献及有限元方法结果进行对比,验证了方法的准确性;讨论了裂纹深度和裂纹位置参数对圆柱壳固有频率改变的影响。

考虑晃动效应时充液圆柱壳的振动特性

[目的]基于有限元法对水平充液圆柱壳及其内部流体的自由振动和强迫振动特性进行研究。[方法]其结构与内部流体分别采用壳单元、声学单元模拟;通过对流体声学单元施加重力加速度并标记自由液面,以模拟流体小幅晃动。计算液体晃荡频率以及壳体振动频率,并与文献的结果进行对比,验证求解方法的正确性。探讨结构参数、自由液面高度等参数对耦合系统振动特性的影响规律。[结果]结果表明:流体固有频率分为高频和低频2个部分,低频部分为自由液面的自然晃动频率。壳体厚度越小,结构耦合频率越低,自由液面的自然晃动频率越低;随着厚度的增加,自然晃动频率趋近于刚性边界时的值。液深越大,结构耦合频率越低,自然晃动频率越大;当结构频率很低时,自由液面晃动效应对耦合系统响应的影响变得明显。[结论]研究结果对于充液圆柱壳的振动特性具有一定的参考价值。

充液圆柱壳中的振动能量流

研究一无限长弹性薄壁充液圆柱壳的自由振动特性，获得了在不同周向波数时充水圆柱壳的频散曲线，讨论了此耦合系统自由振动时的传播波所对应的振动能量流。

充液圆柱壳在轴向压力作用下的屈曲

分析和总结充液圆柱壳承受轴压作用时发生屈曲、后屈曲及破坏的规律和特性。通过实验观察充液圆柱壳的屈曲及后屈曲模态,进行不同高度、不同厚度的对照实验,并应用ANSYS/LS-DYNA软件进行模拟仿真,对比数值解与实验解。

充液及内空圆柱壳在爆炸荷载下动力屈曲特性研究

采用实验与数值模拟相结合方法,对充液及内空圆柱壳在爆炸载荷下动力屈曲响应特性进行对比研究。将壁厚δ=2.0 mm、外径Φ=100 mm钢圆柱壳(内空及充水)置于75 gTNT药柱、200 gTNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得不同工况下圆柱壳变形破坏模式。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法进行数值计算,分析壳壁屈曲变形过程及壳壁关键点速度、水介质内压力等动态参数。计算结果与实验结果一致性较好。研究表明,由于内充水介质的近似不可压缩性,承受冲击荷载时内压增大,因而参与对外界爆炸冲击载荷抗力作用,圆柱壳抗爆能力显著提高。

充液圆柱管壳中振动波的频散特性

本文对充液圆柱壳中低阶和高阶周向模态结构振动波的频散特性进行了研究 ,得到了相应的频散曲线 ,分析了自由振动波的性质及其随频率变化的规律。结果表明 :在低阶周向模态时 ,第一道传播波的起始频率从零频率开始 ;当周向模态阶数大时 ,第一道传播波的起始频率不在零频率。低阶周向模态最多只会有一道衰减驻波 ,在环频率以上 ,有、无衰减驻波的频域相间隔出现。随着周向模态阶数的提高 ,在低频和高频区域都会出现两道衰减驻波的情况 ;低阶周向模态的前几道波 ,起始频率相对较低 ,都是以两种位移为主的耦合波形态起始的 ,起始频率相对较高的波和较高阶周向模态的传播波基本上是以弯曲波起始 ;各传播波的流体荷载项的大小反映了各波在传播过程中流体与壳体相互作用的强弱。

充满液体的薄壁圆柱壳在轴压作用下的弹塑性屈曲分析

对充满液体的薄壁圆柱壳经受轴向压缩时的屈曲载荷和屈曲模态进行了弹塑性屈曲分析。根据香利（ＦＲ Ｓｈａｎｌｅｙ）不卸载假定，推导了柱壳经受轴压和壳内液体的压力联合作用时弹塑性稳定方程，通过求解此方程得到了充满液体的封闭圆柱壳发生轴对称屈曲时的临界载荷和屈曲波纹数。

充液金属圆柱壳受弹体冲击的整体变形与局部破坏分析

在地基梁类比方法基础上,建立了一组充液金属圆柱壳受平头弹体侧向正冲击的理论分析模型.该模型可以确定冲击过程圆柱壳的整体变形及弹体的穿透破坏.利用该模型计算了弹道极限速度.弹体及圆柱壳的冲击响应历程,特别地,分析了内压对弹道极限速度等参数的影响,得到了内压与弹道极限速度的定量关系和一些有意义的结论。

充满水的金属圆柱壳经受轴向撞击时屈曲过程的实验研究

本文报道了五种规格充满水的圆柱壳经受大质量低速度轴向撞击作用时屈曲过程的实验结果 .研究表明由于液体的存在 ,圆柱壳的屈曲模态呈轴对称型的环带波纹 ,整个撞击过程可以明显地分为振荡的动力加载、平稳发展的后屈曲和迅速下降的弹性卸载三个阶段 .并讨论了试件壁厚和高度等几何参数对其屈曲性能的影响 .

充液层合压电圆柱壳的自由振动

推导得到轴向极化的圆柱型正交各向异性压电弹性力学的三维状态方程。采用细分近似方法,得到了状态方程的解,并建立了圆柱壳内外表面边界量之间的传递关系。分析了内充可压缩流体的层合压电圆柱壳的自由振动问题,给出了频率方程的精确形式,并作了具体计算。

有限长圆柱壳-流场部分耦合系统声振建模及机理研究

圆柱壳-流场部分耦合系统(圆柱壳轴线与自由液面平行)在工程中广泛应用,其声振性能关系到结构的安全性、功能性;此外,流体负载在结构周向分布的非连续性,以及自由液面的声波反射效应会对声固耦合振动产生交互影响,其中又含有丰富的学术问题。因此,开展对圆柱壳-流场部分耦合系统的声振研究工作。首先,以有限长部分浸没圆柱壳为研究对象,基于声场、结构两套不同坐标系建立了系统的数学物理模型;然后利用Galerkin法处理声固耦合面上振速连续条件,得到声场和位移场系数向量的矩阵关系,进而可对振动量进行理论求解。与有限元结果对比验证了该方法的准确性,且该方法具有适用范围广、计算量小的优势。接着,将方法延拓到处理部分充液工况,且对比研究了相同液面高度下部分充液圆柱壳与部分浸没圆柱壳自振特性的异同,并从数学机理上揭示了其成因。

载流管道振动输入功率流的主动控制

研究基于主动力方式的充液圆柱壳结构输入振动功率流控制,分析了充液圆柱壳受激振动的响应,利用导纳函数求解结构响应。将构造结构总的输入功率流为二次型函数作为控制目标函数,利用哈密尔顿二次型最小值理论给出了最优控制力前馈控制表达式。分析了重要参数对壳体结构振动功率流控制效果的影响。