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。

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。

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。

圆锥-长筒组合壳体连接处应力公式的修正和验算

利用研究组合壳体常用的应力法对已有的计算圆锥-长筒组合壳体连接处径向应力和周向应力通用公式进行验算,发现其周向应力公式不符合应力法原理.由此,提出修正函数对其进行修正.然后,利用有限元软件ANSYS对推导和修正公式的精确度进行检验,结果表明:公式计算值和ANSYS模拟值的偏差率基本在5%左右,证明该公式精度足以满足实际工程的要求,可为实际工程所使用.

正交加筋圆柱壳-球壳组合结构自由振动分析

研究不同边界条件下光滑、正交加筋圆柱壳-球壳组合结构的自由振动。通过对圆柱壳与球壳连接处简化处理,视球壳为自由约束,圆柱壳为简支约束,据Flügge薄壳理论利用Rayleigh-Ritz法求得结构频率,与有限元软件ANSYS结果比较,验证该方法的适用性及有效性;分析球壳扁率及组合壳体长径比对频率影响。结果表明,球心半角Φ增大结构自振频率降低;长径比L/Rc增大球心半角Φ对组合结构频率影响逐渐减弱,结构自振频率逐渐降低,且降幅减小。

锥-柱组合壳体声辐射影响因素研究

在原有简单锥-柱壳体基础上,用肋骨、舱壁加强的锥-柱组合壳体模拟潜艇典型尾部结构,采用有限元(FEM)与快速多极边界元(FM-BEM)方法,研究壳体舱壁布置形式、激振力方向、流体介质、锥壳段刚度、壳体阻尼对声学性能的影响。在验证原模型干模态基础上,分别计算各因素对新模型辐射声功率影响,结果表明:在分布轴向力作用下,采用球舱壁加强的组合壳体水下辐射声功率及效率最小;径向力更易激起壳体周向模态,其激起的水声虽强于轴向力,但轴向力作用不可忽视;施加径向力时,壳体在水中的轴向位移小于在空气中,法向位移大于在空气中;锥壳段刚度对降噪无明显作用,适当增加壳体阻尼可降低声辐射。研究结论可为潜艇尾部声学优化设计提供参考。

固支-简支端部边界条件下同轴圆柱壳体的流致不稳定性研究

基于Pa doussis等同轴圆柱壳体流致不稳定性的数学模型和研究方法,分析了固支 简支端部约束条件下同轴圆柱壳体系统的流致不稳定性。结果表明:同两端固支相比,固支 简支端部边界下壳体系统的失稳临界流速更低。

双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析

为了实现水下双层圆柱壳体噪声源及传递路径的识别、量化,建立了水下结构振-声传递路径分析(TPA)模型,借助互谱技术、平均技术及加窗进行频响函数估计,并结合正则化方法改善频响函数矩阵求逆的病态问题。进行了双层圆柱壳体水下振动-声辐射试验,实现噪声与结构振动数据的同时基采集。编制TPA程序计算得到合成噪声响应与实测结果吻合很好,利用频谱贡献云图及数据对比的方式分析了传递路径对壳外目标点噪声的贡献,结果与分布运转法所得一致,进而从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。可见,建立的水下双层圆柱壳体结构振-声TPA方法可以有效地识别、量化主要噪声源和噪声的传递路径,并且能够指导水下噪声实时预报和采取针对性的减振降噪措施。

水下圆柱壳体结构噪声的工况传递路径分析

为实现水下航行器噪声源和噪声传递路径的识别、量化,利用工况传递路径分析(operational transfer pathanalysis,简称OPA)并考虑其在实际应用中面临的4个关键问题,选取恰当的工况数组合和参考振源,采用截断总体最小二乘(TTLS)方法,有效地避免了矩阵求逆存在的不适定问题,由此建立水下结构的OPA模型。进行水下单、双层圆柱壳体结构的振动-声辐射试验,实现了噪声与结构振动数据的同时基采集。基于建立的OPA模型编制程序进行水下单、双层圆柱壳体结构的噪声贡献量分析,结果与试验测量结果吻合较好,并从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。建立的OPA方法可以识别、量化水下圆柱壳体结构的主要噪声源和噪声传递路径,并且能够指导水下航行器噪声的实时预报和减振降噪措施的正确实施。

侧向载荷下圆柱壳体断裂的ALE法数值模拟

为了了解侧向爆炸冲击载荷下圆柱壳体断裂过程,采用任意拉格郎日-欧拉方法、爆轰产物采用JWL状态方程对侧向爆炸冲击载荷作用下圆柱壳体断裂过程进行了数值模拟和分析．模拟结果表明,圆柱壳体爆炸断裂所需炸药量与壳体壁厚为递增线性关系,且这个线性关系的斜率随壁厚不同而改变．在其他条件相同的情况下,壳壁越厚,增加炸药量爆炸时壳体单元最大应力增加越慢．

加筋圆柱壳与圆锥壳屈曲特性样条元分析

本文用样条元分析加筋圆柱壳体和圆锥壳体在静水压下的屈曲特性,利用样条函数的数学性质导出结构屈曲特性分析的各步长矩阵,将等步长样条元推广为变步长,计算了加筋圆柱壳体和圆锥壳体在小变形和大变形情况下的屈曲值。讨论了纵向尺寸和间距变化对其屈曲压力的影响,并与其它经典算法进行了比较。

三弹性圆柱壳体多重耦合声辐射计算方法

为研究多圆柱壳组合结构的声辐射特性,采用模态叠加法建立了3个并排无限长弹性圆柱壳的振动声散射耦合物理模型,充分考虑了三圆柱壳的表面振动与散射声场的耦合,其中散射声场可分解为各圆柱壳刚性散射声场和弹性辐射声场的叠加,数学上将各壳间的声场耦合关系通过柱函数加法公式描述。利用该物理模型,分析了多重散射对稳态声场求解结果的影响,比较了三圆柱壳耦合系统与单个圆柱壳系统的辐射声场指向性、声压级及辐射声功率级的差异及其产生机理,结果表明:结构弹性耦合声辐射不仅在低频对总声场有显著影响,在高频范围也不可忽略;另外,针对本文设定参数的组合圆柱壳,在150 Hz以上频段,两旁圆柱壳对中间圆柱壳在正横方位产生了声辐射遮蔽效应,垂直方位则体现声泄漏作用。本文建立的方法可推广到三维空间任意多壳结构的声振耦合建模。

圆柱壳体结构振声传递特性试验研究

为了研究圆柱壳体的振声传递特性,首先对某内部含T型组合板结构的潜艇舱段缩比双层圆柱壳体开展了振动与辐射噪声测试;然后,基于谱相关系数和振声传递函数,分析了扫频激励下圆柱壳体结构的振声测试数据。两种方法的分析结果都表明:相对于T型组合板中水平板的振动,竖直板的振动对圆柱壳体辐射噪声贡献更大,由此证明控制竖直板的振动是一种有效降低此类圆柱壳体声辐射的方法。

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 。

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。

一种鱼雷壳体模糊可靠性的计算方法

对具有模糊性的各种系统和问题,用常规可靠性理论和方法对其进行描述非常困难,甚至是不可能的。为解决这个问题,提出了一种模糊可靠性的计算方法,它重点解决工程实际中的随机应力———模糊强度模型。该计算模型的数学基础是,模糊可靠性可以用常规概率通过数学转换来计算。基于这种计算模型,提出一种计算鱼雷圆柱形壳体模糊可靠性的方法,它为可靠性分析建立了一种系统组成单元模糊可靠性的基础。实例计算结果证明,该方法与工程实际一致。

微型涡喷发动机壳体零件旋压工艺研究

针对多段深圆筒深圆锥组合面旋转体壳体零件壁厚小、高度直径比大、对旋压加工工艺要求较高,对此类零件的多道次旋压加工过程进行了详细的工艺方案与工艺流程设计。以控制旋压过程中坯料的起皱开裂现象为优化目标,采用理论分析、数值仿真、实验三者相结合的方式,探索了主轴转速、进给量、旋压轨迹等工艺参数对旋压后工件起皱开裂的影响,并给出了优化取值。按照优化后的工艺参数进行了实验验证,实验结果表明,此工艺方法使旋后工件起皱开裂现象得到了明显改善,产品合格率显著提高。

圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析的新方法

提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动和强迫振动特性。首先将组合壳体的位移边界与固定边界分开,将其分解为圆柱壳、圆锥壳子结构;为能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自由的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。圆柱壳段和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。算例表明:区域分解法计算出的不同边界条件下组合壳体自由振动和强迫振动结果与有限元软件ANSYS结果非常吻合;该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点。

温度-机械混合载荷作用下先进复合材料格栅加筋截顶圆锥壳体的屈曲分析

基于均匀化原理,推导了考虑沿格栅加筋圆锥壳体随母线变化的等效刚度阵和等效热膨胀系数,并采用前屈曲薄膜理论给出了在温度和均布外压载荷作用下格栅加筋圆锥截顶壳体稳定性分析的总势能表达式。基于最小势能原理得到了该壳体总体失稳的临界载荷值解析表达式,对典型复合材料格栅加筋截顶圆锥壳体的稳定性计算结果与有限元法所得结果相比较,验证了本文中方法的适用性。基于文中提出的方法,通过对不同温度条件下具有不同顶锥角复合材料格栅加筋截顶圆锥壳体热-力屈曲分析结果的讨论,指出温度对复合材料格栅加筋截顶圆锥壳体稳定性的影响程度将随其顶锥角增加而增大。