辛方法和弹性圆柱壳在内外压和轴向冲击下的动态屈曲

针对有内压或外压的弹性圆柱壳在轴向冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题,构造哈密顿体系,在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题,从而形成一种辛方法。该方法直接得到非轴对称的屈曲模态。数值结果给出了圆柱壳问题的临界载荷和屈曲模态以及一些规律。

弹性圆柱壳在轴向应力波传播过程中的非对称屈曲

讨论弹性圆柱壳端部受冲击载荷作用，在应力波传播过程中的非对称屈曲问题。通过求解扰动方程得到了动态屈曲的分叉条件、临界载荷和屈曲模态。数值结果表明，当壳壁厚不很薄时，轴对称屈曲临界载荷比非对称临界载荷高；反之，轴对称临界载荷会比非对称临界载荷低。不同的冲击载荷。

弹性圆柱壳冲击扭转屈曲的突变模型

本文将突变理论用于处理冲击载荷下弹性结构的屈曲问题,文中建立了结构冲击屈曲的突变准则,认为临界阶跃载荷位于所提出突变系统的分叉集之中,并由此对两端固支的弹性圆柱壳扭转屈曲进行了分析,给出了不同初缺陷时的临界阶跃扭矩计算公式,通过对临界静态扭矩的计算,表明临界阶跃扭矩小于临界静态扭矩.

热超弹性圆柱壳的振动与破坏

研究了热超弹性圆柱壳在内表面突加载荷及不同温度场作用下的运动与破坏问题。通过对所得描述圆柱壳内表面运动的非线性常微分方程解的动力学定性分析和数值计算,发现当突加内压小于某一确定的临界值时,圆柱壳的运动随时间的演化是周期性的非线性振动,而当突加内压大于这个临界值时,圆柱壳将被破坏。通过对振动的振幅、相图和周期的计算,讨论了均匀或非均匀温度场及圆柱壳的厚度等参数对临界载荷和圆柱壳振动的影响。

超音速流动中粘弹性圆柱壳的稳定性

基于薄壳的Krmn_Donnell假设、空气动力学中的一阶活塞理论和粘弹性力学中的Boltzmann叠加原理 ,给出了超音速流动中粘弹性圆柱壳的数学模型。在空域上采用Galerkin方法 ,并在时域上通过引进新变量 ,将原来的积分 -偏微分系统简化为高维微分系统。利用非线性动力学中的多种方法 ,考察了自由流动压对粘弹性圆柱壳稳定性的影响。

弹性圆柱壳的振动优化设计

研究了在任意轴对称边界条件下的圆柱壳的自由振动优化设计问题 ,即寻求圆柱壳的最优厚度分布使自振基频极大化。利用半解析元方法分析轴对称变厚度圆柱壳的自由振动 ,将求解自振基频归为求解广义特征值方程 ,使圆柱壳振动优化设计成为极大化最小特征值问题。典型算例表明了本方法的有效性。

轴向冲击下非线性弹性圆柱壳轴对称响应仿真

采用增量数值解法分析了轴向冲击下非线性弹性圆柱壳的轴对称响应。应力-应变关系采用Ramberg-Osgood表示法,运动控制方程采用Karman-Donnell变形方程。对时间积分采用变步长Runge-Kutta方法,对壳单元离散采用有限差分法来求解运动方程,并采用科学计算软件Matlab对计算结果进行了动态仿真。

基于弹性圆柱壳的柔性齿轮副建模及动力学分析

基于弹性圆柱壳理论,建立柔性齿轮副等效简化模型。首先采用具有时变刚度的弹簧模拟齿轮交替啮合过程,其中时变啮合刚度通过解析模型得到;同时采用径向和切向支撑弹簧模拟轴和轴承的柔性。接着根据能量原理,推导柔性齿轮副系统的动能、应变能、啮合弹簧势能以及支撑弹簧势能。随后基于微分求积有限法(DQFEM)对能量表达式进行离散,分别使用拉格朗日方程和Newmark迭代来求解柔性齿轮副模型的模态和动态响应。通过收敛性分析,研究模型的数值稳定性,再与ANSYS的有限元模型进行模态特性的对比,验证模型的正确性。然后分析柔性齿轮副模型的固有频率随转速的变化规律,并给出齿轮啮合模型自然频率的坎贝尔图。最后,通过与基于齿轮体刚性假设的扭振模型进行对比,从时域和频域两方面阐述齿轮柔性对系统动力学特性带来的影响。

一类不可压缩超弹性圆柱壳的周期振动

研究了均匀各向同性不可压缩neo-Hookean材料组成的圆柱壳在内、外表面分别受到不同的突加死载荷作用的径向对称运动问题.得到了描述圆柱壳内表面径向运动的二阶非线性常微分方程.通过对方程解的动力学性质分析,讨论了各个参数对方程解的定性性质影响.特别地,证明了当内压与外压之差小于某临界值时,圆柱壳内表面随时间的演化是非线性周期振动;当内压与外压之差大于临界值时,圆柱壳内表面随时间的演化将无限增大.最后给出了相应的数值模拟.

弹性圆柱壳结构的有源结构声辐射控制研究(英文)

A numerical and experimental study was presented on active control of structurally radiated sound from an elastic cylindrical shell.An analytical model was developed for the active structural acoustic control (ASAC) of the cylindrical shell.Both global and local control strategies were considered.The optimal control forces corresponding to each control strategy were obtained by using the linear quadratic optimal control theory.Numerical simulations were performed to examine and analyze the control performance under different control strategies.The results show that global sound attenuation of the cylindrical shell at resonance frequencies can be achieved by using point force as the control input of the ASAC system.Better control performance can be obtained under the control strategy of minimization of the radiated sound power.However,control spillover may occur at off-resonance frequencies with the control strategy of structural kinetic energy minimization in terms of the radiated sound power.Considerable levels of global sound attenuation can also be achieved in the on-resonance cases with the local control strategy,i.e.,minimization of the mean-square velocity of finite discrete locations.An ASAC experiment using an FXLMS algorithm was implemented,agreement was observed between the numerical and experimental results,and successful attenuation of structural vibration and radiated sound was achieved.

弹性圆柱壳轴向冲击屈曲数值模拟

采用LS-DYNA对刚体质量轴向撞击圆柱壳动力屈曲全过程进行了数值模拟,给出了某一时刻的屈曲模态、径向位移、轴向应力分布曲线,分析了壳的半径对屈曲半波长的影响。

耦合冲击载荷下弹性圆柱壳的动态屈曲

将哈密顿体系引入圆柱壳的动态屈曲问题中,建立轴扭耦合冲击载荷下弹性圆柱壳动态屈曲的哈密顿体系。求解临界动态屈曲载荷和屈曲模态,分析耦合应力波的传播和反射对临界参数的影响,讨论冲击端为简支的临界屈曲载荷和屈曲模态。

考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析

充液圆柱壳结构广泛存在于在工程中,在外部激励作用下,圆柱壳会与流体产生耦合振动,且未充满的液面也会产生晃荡,这种耦合振动响应分析在工程中具有重要意义。提出了一种求解考虑内部液体小幅晃荡的弹性圆柱壳振动响应的半解析法。首先分别在壳体建立结构坐标系、在自由液面建立液体坐标系,各自用来描述结构及内部液体的运动。基于Flügge壳体理论建立了圆柱壳的运动控制方程。将液体视为无黏、不可压缩的理想流体,根据线性水波理论和液体自由表面运动边界条件,得出了内部液体的速度势函数。通过流固耦合界面的连续性条件,结合坐标变换推导得到流固耦合系统的运动控制方程。研究了壳体在径向点力激励下振动响应,并得出了对应的液面晃荡响应。和有限元法对比验证了方法的正确性,然后改变相关参数讨论了考虑内部液体晃荡的弹性圆柱壳振动响应特性。

水中弹性圆柱壳的共振声辐射

研究了在内壁简谐法向线力激励下的水中弹性圆柱壳的振动和声辐射问题，这有助于深入认识水中结构的声辐射机理，验证水下结构共振声辐射理论。本文从经典Ｒａｙｌｅｉｇｈ简正级数解出发导出共振声辐射公式，然后分别用经典公式和共振声辐射公式计算钢圆柱壳的辐射声功率及壳体表面声压曲线。计算结果表明两者符合良好。

参数激励下粘弹性圆柱壳的混沌行为

基于大挠度薄壳的Donnell-Kármán理论和Kelvin-Voigt粘弹性本构关系,研究了参数激励下粘弹性圆柱壳的混沌行为。导出了关于挠度和应力函数的控制方程,借助Galerkin原理将粘弹性圆柱壳的控制方程转化为二阶三次非线性微分动力系统。当轴压载荷与圆柱壳的材料参数满足a 0时,用Melnikov函数给出了系统发生混沌的临界条件,数值分析了轴压载荷和粘性阻尼系数对混沌运动的影响。用Runge-Kutta法给出分岔图、位移时程曲线、相平面图和Poincaré映射分析了系统运动行为,给出了a 0和a 0情况下系统定常运动和混沌运动的特征。

黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳的模态特性研究

基于薄壳理论和黏弹性理论,得出了黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳模态特性的半解析解.根据乐甫薄壳理论,建立了基层和黏弹性阻尼层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程,结合黏弹性阻尼层的变形协调关系和层间作用力关系,利用传递矩阵法得出了整体结构的传递矩阵,采用高精度的精细积分法得出了固有频率、模态损耗因子和三维模态振型,最后通过有限元法进行了比较,通过算例验证了传递矩阵法对黏弹性层合薄壁圆柱壳模态特性研究的有效性.

薄壁超弹性圆柱壳在轴向和径向组合激励作用下的轴对称3:1内共振

本文研究了不可压缩neo-Hookean超弹性圆柱壳在轴向和径向简谐激励作用下的轴对称3:1内共振问题.基于薄壳大挠度理论,导出了考虑所有非线性项的位移-应变关系.通过Lagrange方程以及小应变假设得到了描述大挠度振动的非线性微分方程组.采用谐波平衡法和弧长连续法,计算了系统的稳态响应,并且结合改进的排序方法对其稳定性进行了判断.分析了激励对于稳态响应的影响.结果表明,组合激励的相位差对于结构响应有着非常重要的影响,通过调节相位差可以有效地控制振动幅值.

气流激励下弹性圆柱腔壳振动的实验研究

对风洞中弹性圆柱腔壳的流激振动及声进行了研究。对腔口流体自持振荡和腔内声振荡的压力及壳的振动加速度作了测量和谱分析，并对三者之间的相互影响进行了综合研究。研究结果表明，一般情况下，流体自持振荡对腔壳振动影响不大，但是，当自持振荡与腔内驻波声发生耦合并形成共振时，对壳体的振动可产生重要的影响。此外，文中还给出了流激壳体各阶模振动的加速度均方根值随流速的变化曲线。均方根值随流速大约是２．４次方线性关系。但在耦合共振时，此关系产生突变，表明共振对各阶模振动产生很大的加强作用。

有限长圆柱壳结构水下声辐射有源控制实验

以水下有限长圆柱壳为对象,实验研究水下结构声辐射有源控制。实验中通过引入次级力源,以单个或两个误差点处的声压最小为目标函数,分析次级激振器和误差传感器布放(位置和数目)以及激励频率对控制效果的影响。结果表明:有源控制能够有效控制水下圆柱壳线谱噪声;增加次级激振器和误差传感器的数目,能够增大降噪区域;有源控制在3 000 Hz高频处对壳体噪声控制依然有效。有源控制能够对多线谱信号激励壳体辐射噪声产生抑制作用。

横向绕流场中圆柱壳中等弯曲变形问题研究

针对弹性圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合问题,采用相容拉格朗日-欧拉法,建立了中等弯曲问题的理论分析方程组,着重求解壳体的法向位移和流体表面压力系数。结果表明:在横向绕流场作用下,壳体横截面由圆形变形为近似椭圆形,同时,壳体变形也对壳体表面流场压力产生了影响.通过算例,讨论有关参数对壳体法向位移和表面流体压力系数的影响。最后,应用ANSYS软件对该问题进行了数值模拟,验证了理论解的可信度。