环向加筋夹层圆柱壳体应力计算方法

针对环向加筋夹层圆柱壳体的应力计算问题,本文提出内、外壳板纵向力计算模型,建立了环向加筋夹层圆柱壳体在外压载荷作用下的应力解析计算方法,计算结果与有限元结果吻合较好;以10%误差(解析应力值与有限元值的偏差)为衡准,初步提出该方法的适用条件;同时系统探究了各形状参数对环向加筋夹层圆柱壳体关键位置应力的影响规律。为超大潜深新型耐压结构设计提供理论基础。

基于粒子群算法的环向加筋夹层圆柱壳体优化设计

为了获得环向加筋夹层圆柱壳体尺寸的最优化参数,首先参考一般环肋圆柱壳体强度与稳定性校核方法,并根据环向加筋夹层圆柱壳体应力分布规律和稳定性特征,提出环向加筋夹层圆柱壳体强度与稳定性校核方法;其次以强度与稳定性要求为约束、以结构重量最轻为目标,建立优化设计的数学模型,并利用粒子群优化算法完成了环向加筋夹层圆柱壳体的尺寸参数优化。最后探究了结构重量随极限潜深增大的变化规律。研究成果表明,利用粒子群优化算法进行环向加筋夹层圆柱壳体参数优化设计可以获得令人满意的结果。

夹层圆柱壳在移动内压作用下的临界速度研究

基于夹层壳理论和三维弹性动力学理论,研究了无限长夹层圆柱壳在移动内压作用下的临界速度.首先,基于夹层壳理论,考虑夹芯的压缩和剪切变形以及面板的剪切变形,研究了轴对称简谐波在无限长夹层圆柱壳中的传播问题;其次,基于三维弹性动力学理论,将位移变量用Leg-endre正交多项式系表示,同时引入位置相关函数,将求解导波问题化为简单的特征值问题.利用这两种方法得到了最低模态的频散曲线,最小相速便是内压移动的临界速度.最后,用算例和数值模拟来验证方法的有效性.结果表明,两种理论得到临界速度吻合得较好;当波数较小时,两种理论得到的频散曲线吻合得很好,当k→∞时,夹层壳理论和弹性动力学理论得到的极限相速分别趋于面板和夹芯的剪切波波速.波数较小时,两种理论分析夹层圆柱壳的导波问题是有效的.数值模拟预测的临界速度与理论分析的结果吻合得很好.

电流变液夹层圆柱壳声振性能实验研究

本文选用自行配制的硅油基纳米硅粉和淀粉电流变液 (ERF) ,对灌注电流变液的夹层圆柱壳体的隔声性能及声激励结构响应进行了实验研究 ,对不同电流变液在外加电场下的流变现象进行了定性分析和比较 ,分析了外加电场对电流变液夹层圆柱壳体的声和振动的控制效果。实验结果表明 :施加电场后的电流变液夹层圆柱壳体对处于中、高频率的声波没有明显的吸收和阻隔效果 ,但对于由声激励引起的结构振动有明显的控制作用。无论对声传播还是声激振动 ,电流变材料的影响都是随频率变化而变化的。

夹层圆柱壳振动的谱有限元分析

从哈密顿变分原理获得夹层圆柱壳的运动微分方程和边界条件,将谱有限元法用于夹层圆柱壳结构,推导出不同周向模态下夹层圆柱壳单元的动力刚度矩阵和隐式动力形状函数,分析长径比、径厚比、芯表厚度比、芯表模量比对固有频率和模态损耗因子的影响。研究表明:小径厚比、大长径比及大芯表厚度比有利于抑制夹层圆柱壳振动。

夹层圆柱壳结构的优化设计

针对一种全新的潜艇耐压壳体结构形式——夹层圆柱壳结构形式,借助适用于该种结构形式的解析法计算公式,并选定约束条件进行了优化设计,编写了优化程序;分析了该种结构形式与单层耐压壳体结构形式相比较所存在的利弊;在比较过程中,给出了四个优化算例以及比较结果,通过比较分析得出了这样的结论:对于建造大潜深的潜艇,夹层圆柱壳结构形式是一种可以考虑的结构形式。

夹层圆柱壳结构的应力与总稳定性分析

提出了一种新型潜艇耐压壳体结构形式———夹层圆柱壳结构形式,通过解析法和有限元法计算结果的比较,讨论了适用于该种结构形式的解析法计算公式。

含轴对称初始缺陷的具有正交各向异性表层的夹层圆柱壳的非线性屈曲

夹层圆柱壳具有很高的结构效能,在许多工程结构中被广泛采用。本文研究分析了含有轴对称初始缺陷的夹层圆柱壳在轴压下的非线性屈曲问题,该夹层壳具有正交各向异性表层和各向同性可承剪的夹心。利用Stein的前屈曲一致理论得出了前屈曲挠度随轴向载荷及缺陷参数的变化情况,运用Galerkin法导出了屈曲控制方程,并进行了数值计算,得到了屈曲载荷、缺陷幅值、缺陷波数、夹心模量等参量之间的关系。结果表明与壳体实际屈曲模态相同的初始缺陷具有很大的危害性,可以通过增加壳体表层的轴向弹性模量或优化夹心的有关参数等途径来提高屈曲载荷,改善壳体屈曲性能。

轴压载荷下夹层圆柱壳结构屈曲承载力优化

夹层圆柱壳结构在导弹、火箭、船舶舱体结构及飞机机身结构上有着广泛的应用前景,此类结构承受轴压或弯曲载荷时极易屈曲和结构失稳,主要的失效形式表现为总体和局部屈曲。采用解析方法对轴压载荷下的夹层圆柱壳结构进行了受力分析,获得了影响结构承载效率的设计参数。采用有限元方法建立了参数化建模、屈曲分析和优化设计一体化分析与设计模型,通过解析和有限元结果比对分析验证了优化模型的准确性,并利用优化模型对夹层圆柱壳结构进行了承载力效率优化。数值算例结果表明:优化后结构承载效率从4.397×10^6N/kg增加到5.687×10^6N/kg,提升了29%,表明通过在可行设计域内对设计变量进行合理取值,能够获得承载性能更高效的结构,可为夹层圆柱壳结构设计应用提供参考。

夹层圆柱壳结构的参数分析与优化

由于潜艇大潜深的需要,曾有人提出过一种全新的潜艇耐压壳体结构形式———夹层圆柱壳结构形式,并给出了适用于该种结构形式的解析法计算公式。本文针对该种结构形式进行了大量的模型计算,重点进行了参数分析,并对各参数的组合进行了优化。

航天器点阵夹层圆柱壳构型多学科优化设计

针对航天器结构承载、密封及轻量化设计等苛刻设计要求,基于四面体结构的微观单胞构型,研究双层点阵夹层圆柱壳结构的单目标及多目标优化设计。优化模型以点阵夹层圆柱壳结构中的上中下板面的厚度、间距以及单胞内杆件的半径作为设计变量,在单目标优化中,以结构的质量为目标函数,获得合理的单胞分布;在多目标优化中,以最小热传导系数、最大化一阶屈曲载荷、屈服强度为目标进行优化,获得多学科优化问题的Pareto前沿。基于双层四面体点阵结构的多目标优化,给出了用于描述最小应力、最小质量、最小传热的最优解集。

二维蜂窝多孔金属夹层圆柱壳的传热性能数值模拟研究

文章以脉冲爆震发动机的爆震燃烧室为原型,分析二维蜂窝多孔金属夹层圆柱壳的传热问题。文中将二维蜂窝孔在管壁径向按放射状布置,将内表面设置成高温边界条件来模拟实际燃烧室工作情况,空气从蜂窝孔一侧流经材料与圆柱壳内表面充分换热后流出起到冷却作用;通过数值模拟分析了六边形孔、矩形孔和三角形孔按照不同的连结排布在夹层圆管中的传热性能与相对密度的关系;同时还研究了夹层层数对传热性能的影响。结果表明六边形孔排布的传热性能要优于其它拓扑构型;传热性能随单胞层数增加而增大,当层数达到一定值后,传热性能基本上保持不变。

FGM夹层圆柱壳在扭转载荷作用下的弹性稳定性

用半解析方法研究了两端简支的功能梯度材料夹层圆柱壳在端部扭转载荷作用下的弹性稳定性,考虑圆柱壳的外层由金属材料构成,内层由陶瓷材料构成,中间层为材料性质沿厚度方向以幂函数连续变化的功能梯度材料,并且在界面处的材料性质保持连续.首先,基于Flügge薄壳理论建立了位移形式的结构静态屈曲控制方程,然后根据边界条件将位移表示为三角级数形式,获得了近似的线性代数特征值问题,最终通过数值方法求得了表征结构失稳特征的临界屈曲载荷.结果表明,屈曲载荷随半径与厚度比的增加而减小,随FGM层陶瓷组分的增加而增加.

轻质点阵夹层圆柱壳的设计与分析

目前,蜂窝夹层和泡沫夹层的圆柱壳比较常见,而具有更高比刚度和比强度的拉伸主导型点阵材料的夹层圆柱壳却鲜有报道。该文对点阵夹层圆柱壳的力学性能进行了研究,利用点阵材料的均质化等效理论,建立了点阵夹层圆柱壳的刚度模型和强度模型,并与有限元商业软件的计算结果进行了对比验证。结果表明,拉伸主导型点阵材料作为芯子的圆柱壳具有比传统蜂窝芯子圆柱壳更好的力学性能,相同承载能力下可实现减重25%以上。利用缠绕与二次固化成型工艺,制备了双蒙皮点阵夹层圆柱壳结构。试验表明,该结构的承载力和刚度比国外同等尺寸和重量的网格加筋圆柱壳提高了3倍以上。

夹层FGM圆柱壳在扭转载荷作用下的弹性稳定性

采用半解析方法研究了两端简支的功能梯度夹层圆柱壳在端部扭转载荷作用下的弹性稳定性.考虑圆柱壳的里外表层为均匀材料,中间层为材料性质沿厚度方向连续变化的功能梯度材料,并且在界面处的材料性质保持连续.基于Flügge薄壳理论,建立了位移形式的结构静态屈曲控制方程.根据边界条件将位移表示为三角级数形式,获得包含柱壳端部扭转载荷参数的近似线性代数特征值问题,并通过数值方法求得了表征结构失稳特征的临界载荷.数值结果表明,临界载荷随着半径与厚度比的增加而减小,随着功能梯度中间层的弹性模量的平均值的增加而增加.

夹层复合材料圆柱壳表层的缠绕优化

以平衡型稳定网络为约束条件,以等强度和提高临界失稳载荷为设计目标,对夹层复合材料圆柱壳体的缠绕表层进行了优化研究。首先,基于等强度设计,得到表层的最优缠绕方式为螺旋加环型缠绕,且螺旋缠绕角应满足α≤54.7°;其次,以结构强度及稳定性为双重指标,采用ABAQUS建立有限元模型,求解不同长径比的夹层复合材料圆柱壳的最优螺旋缠绕角α_(opt)。研究发现:当长径比0.5≤η≤3时,随η增加,表层的最优缠绕方式从单一螺旋加环型缠绕过渡至纵向铺放加环向缠绕,且最大临界失稳载荷Pcr近似呈二次递减关系。该优化方法不仅可达到轻量化要求,而且满足结构强度和稳定性双重指标。

夹层圆柱壳中弹性波传播的辛特性分析

论文研究了正交各向异性夹层圆柱壳中轴对称自由简谐波的传播问题.通过对变量合理的组织变换,将结构本构方程化为状态空间形式,采用分段平均假设得到哈密顿矩阵,进而利用哈密顿系统下的辛数学方法,扩展的Wittrick-Williams算法及精细积分方法,得到各种夹层结构波传播问题的频散关系,并将该方法与多项式方法进行对比,验证了该方法在多孔结构波传播问题中的优越性.

多孔金属夹层圆柱壳的热机响应分析、优化设计及应用研究

0引言 脉冲爆震发动机（Pause Detonation Engine,PDE）是21世纪最有前途的革命性航空航天动力之一,是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机[1].PDE的工作环境很特殊[2]：高温（2000-3000K）、高压（20-30atm）、

具有轴对称初始缺陷的正交各向异性夹层圆柱薄壳的非线性稳定性分析

对具有轴对称初始缺陷的正交各向异性表层夹层圆柱薄壳在轴压下的非线性稳定性进行了分析 ,导出了屈曲控制方程 ,求得了数值解 ,并对屈曲载荷、初始挠度、夹心模量。

新型矩形蜂窝夹芯夹层加筋圆柱壳抗水下爆炸冲击载荷分析

提出了一种新型矩形蜂窝夹芯夹层加筋圆柱壳结构形式。分析了其在水下爆炸冲击载荷下的动力响应特征及冲击防护作用机理。采用LS-DYNA计算该结构在水下爆炸冲击载荷下的动力响应;并以耐压壳体的最大变形和塑性应变为评价指标,计算讨论了典型设计参数变化对冲击防护效果的影响最后针对一个典型方案,分析了其在不同冲击环境下的冲击防护效果。