充液圆柱壳内旋转重力波的振动分析

为揭示充液弹性圆柱壳受高频激励,壳内自由液面出现低频大幅旋转重力波的产生机理,应用非线性动力学理论,在考虑弹性壳与流体的非线性耦合条件下,建立了壳液耦合系统的非线性振动方程组.运用Runge Kutta法进行数值求解,得到了该系统振动的时间历程及频谱特性曲线,进一步分析了系统的非线性动力学特性.结果发现,当激励力幅值足够大,且激励力频率在壳体固有频率与液体固有频率之和的附近窄频带内时,壳内自由液面会出现大幅低频旋转重力波.由此可知,低频大幅旋转重力波的产生机理是由壳体两个同频率模态同时在壳液耦合系统非线性因素的作用下而引起的组合共振.

弹性圆柱壳液耦合系统内旋转重力波的近似解析解

应用流体力学和弹性力学知识,建立了弹性圆柱壳液耦合系统的非线性振动方程,利用平均法,得到了4个自由度的非线性振动方程组的一次近似解析解,求出了低频大幅旋转重力波幅值随激振力频率和幅值的变化关系曲线,分析了系统非线性振动过程的动力特性,从理论上进一步解释了壳液耦合系统在受高频激励下产生低频大幅旋转重力波的条件与原因,近似解析解与数值解和实验现象基本吻合。