复合材料多层圆柱壳振动和声辐射问题研究进展

鉴于复合材料优良的力学和声学性能,将其用于潜艇结构已成为未来的发展趋势和研究重点。而圆柱壳作为潜艇的主体结构形式,针对复合材料多层圆柱壳的振动和声辐射问题的研究已广泛开展。在满足水下承载能力的前提下,复合材料耐压圆柱壳趋于中厚壳,甚至厚壳,沿壳体厚度方向的横向剪切变形、压缩变形、截面翘曲变形不可忽略,这些因素直接决定了横向振动位移场描述的准确度,会进一步影响壳体周围声辐射场预报的准确性。现有的壳体理论主要有经典壳体理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、分层理论、锯齿理论和三维弹性理论等,这些理论发展比较成熟,但大多研究仍局限于正交各向异性薄壳结构的振动问题,涉及各向异性材料厚壳结构的声辐射研究较少,且目前对于这些壳体理论在复合材料圆柱壳的振动和声辐射问题的适用性方面缺乏系统的总结和研究。本文首先从复合材料的刚度特性出发说明其振动和声辐射问题求解的复杂性,然后从横向振动位移场的角度综述了这些理论的发展过程、研究现状以及各自的特点,最后给出了这些理论的适用范围和使用建议,并提出了有待进一步研究的问题,以期为复合材料多层圆柱壳结构的设计和振声性能分析提供参考。

多层圆柱壳屏蔽体的径向静磁屏蔽效能分析

在单层圆柱壳屏蔽体的基础上利用场论的方法推导出了双层铁磁性圆柱壳屏蔽体沿径向的静磁屏蔽效能计算公式,并通过实验进行了验证.根据推导所得的计算公式,分析了各层的半径、厚度和材料对总的屏蔽效能的影响,并重点对层间距因素对总屏蔽效能的影响进行了分析论证.

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应．由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用．利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的响应特性．

各向异性多层圆柱壳与极角无关的应力和变形

讨论了各向异性多层圆柱壳与极角无关的应力和变形分析方法，并导出了挠度的常微分方程，给出了应力和位移的分析解和缠绕式纤维增强多层圆柱壳的相应计算公式。

两端简支正交各向异性多层圆柱壳承受一般载荷时的重傅立叶级数解

用重Fourier级数展开技术推导了两端简支的正交各向异性层合板圆柱壳承受任意载荷时的解析解，此方法考虑了横向剪切变形的影响，适用于各种类型的载荷。

浸在可压缩流体中多层圆柱壳的自由振动

研究了无旋、无粘、可压缩流体中多层圆柱壳的自由振动问题．壳体的运动方程考虑了流体动压力的作用，流场用波动方程描述，通过采用合适的位移函数和速度势函数，使耦合问题的基本方程得到简化并进行数值求解。

多层圆柱壳间隙预估研究

为了解由多层圆柱壳构成的装置轴向平面间隙随环境温度的变化,设计了PBX壳的热膨胀系数测定实验,结果表明,PBX壳各型面的热膨胀系数不同;推导了多层圆柱壳轴向平面间隙随环境温度的变化关系式并设计了验证实验,计算值与实测值的误差小于10%。

湿热条件对多层碳纤维增强基复合材料圆柱壳的宏观力学性能影响研究

针对含有角度层和环向层的多层碳纤维增强基复合材料(CFRP)圆柱壳结构,在工程应用中不可避免会受到湿热环境的影响,以复合材料力学为基础,建立了温湿度与各层湿热应力的关联性方程,获得了各层纤维主方向应力计算解析式,研究了温度和湿度对各层应力的影响规律。研究分析表明:由于碳纤维材料本身和铺层结构的各向异性,温湿度会在CFRP圆柱壳层内产生最大约12.2 MPa的横向应力,同时从宏观力学角度分析,温度对CFRP内应力影响较大。因此,在CFRP结构设计和使用中,要考虑湿热条件对其力学性能的潜在影响,避免材料初始开裂或者分层等损伤的产生。

多层电磁弹性圆柱壳内波的轴向传播

对多层电磁弹性圆柱壳内波的轴向传播进行了分析。根据柱坐标系下电磁弹性多层结构的几何方程、平衡方程和本构方程,推导出了两个层间变量所满足的状态方程。通过状态方程的解和层间变量连续性条件,得到了多层圆柱体内外表面层间变量的传递关系。最后利用边界条件,导出了波在传播时所满足的频散方程,并求得该结构的模态参数。以一个三层的压电/压磁材料组成的柱壳结构作为数值算例,计算出波在其中轴向传播时的频散关系和模态参数,并对计算结果进行了分析。

植物茎秆在各种荷载作用下的非线性弹性屈曲

基于植物茎秆微观结构的生物仿生,建立纵向加肋多层圆柱壳模型,采用有限法计算了植物茎秆在轴压、弯曲、扭转和风荷载等各种荷载作用下的弹性屈曲和后屈曲行为,并与相同材料的等质量单层圆柱壳模型的计算结果作了比较,发现其抗屈曲/倒伏能力明显高于后者。