正交加筋板本征动力特性的尺度效应研究

[目的]为了探究不同尺度板架结构本征动力特性之间的联系与区别,分析并探讨正交加筋板中梁、板构件及其耦合结构本征动力特性的尺度效应。[方法]以不同尺度的梁、平板和正交加筋板模型为研究对象,采用有限元方法计算不同尺度梁、平板和正交加筋板模型的固有频率和振型,通过对比自由边界和简支边界下单位尺度模型固有频率和振型随尺度变化规律的异同,探讨边界条件对尺度效应的影响;通过对比耦合结构与梁和平板模型固有频率和振型随尺度变化规律的异同,探究梁、板构件动力耦合对正交加筋板本征动力特性尺度效应的影响。[结果]研究表明,自由边界条件下单位尺度内模型固有频率随尺度的变化规律虽然不再遵循“固有频率与尺度的平方成反比”的规律,但大体上与之相近。[结论]梁、板构件动力耦合会导致单位尺度内正交加筋板模型特定阶数固有频率随尺度的变化规律发生由急剧减小到逐渐增大的转变,还会引起特定尺度和特定阶数模态的错位分布和形态畸变。

正交加筋板中板梁耦合动力特性

[目的]旨在探究正交加筋板中板梁构件的动力耦合关系及其对正交加筋板本征动力特性的影响机理和影响规律。[方法]以不同弯曲刚度比的正交加筋板模型为研究对象,采用有限元法计算自由边界和固支边界下正交加筋板模型的固有频率及振型,通过分析正交加筋板模型的固有频率及振型随板梁弯曲刚度比的变化规律,探究正交加筋板中加强筋与平板两种构件间的动力耦合特性。[结果]研究表明,在板梁构件弯曲刚度变化过程中,正交加筋板主要表现为板类动力特性为主导和板梁耦合动力特性两种形式。得到了这两种形式转变过程中的临界板梁弯曲刚度比及其判据。[结论]板梁动力耦合现象对固有频率的影响主要表现为改变固有频率随弯曲刚度比的变化速率,对固有振型的影响主要表现为使板类振型产生错位分布和形态畸变。

基于不同模型的正交加筋板低频振动和声辐射分析

正交加筋薄板在船舶结构中应用十分广泛。从简化加筋板模型的角度出发,基于李兹法能量泛函变分原理推导加筋板的能量求解;并针对双向加筋板基于正交异性板理论和相当板厚理论提出2种简化方法,对3种模型模拟的加筋板推导其固有频率的解析公式。计算表明:3种正交加筋板模型在求取低阶固有频率时均具有良好的精度。在此基础上研究了基于3种模型的加筋板在空气中和水中的声辐射特性,为加筋板组合结构的振动和低频声辐射问题提出了新的简化思路。

正交加筋复合材料夹层板弯曲问题求解

正交加筋均质芯材基于一阶剪切变形理论,并采用δ函数描述其非连续性,复合材料面板采用Kirchhoff薄板假设,以面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过能量原理推导了正交加筋芯材复合材料夹层板的静力学平衡方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅立叶级数位移函数求解了正交各向异性复合材料面板正交加筋均质芯材夹层板受均布载荷作用的弯曲响应,通过将夹层板的位移和应力响应与有限元计算结果进行对比,验证了文中求解方法的正确性。

无限大正交加筋层合板的隔声性能分析

基于经典层合板理论,计及加强筋弯曲及扭转运动影响,建立无限大正交加筋层合板传声损失的理论模型.采用空间谐波展开和虚功原理的方法,推导出正交加筋层合板的传声损失计算公式,并将计算结果与简化模型和板梁组合模型的计算结果进行对比,结果吻合良好,验证了所建模型的有效性及广适性.最后,数值分析了层合板铺设方式、铺设角度、刚度、材料损耗因子和加筋间距等参数对结构隔声性能的影响.

正交加筋复合材料夹层板的自由振动求解

均质正交加筋芯材基于一阶剪切理论,采用δ函数描述其非连续性;复合材料面板采用Kirchhoff假设,以上、下面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过哈密顿原理推导了正交加筋复合材料夹层板的动力学控制方程.采用级数解的形式近似求解了四边简支正交加筋复合材料夹层板的自由振动问题,通过夹层板固有频率数值仿真验证了理论推导的正确性.考虑复合材料面板的阻尼损耗,讨论了面板厚度、筋材薄壁厚度、高度、加筋间距对夹层板固有频率和结构损耗因子的影响规律.结果表明,当面密度相同时,改变筋材薄壁厚度或加筋间距对结构固有频率值无影响.

基于板梁组合理论的正交加筋板声振特性分析

基于板梁组合理论,建立了正交加筋板声透射计算模型,并分析了正交加筋板的声振特性。将加强筋视为平板的动反力及动反力矩,引入到平板振动方程,得到了正交加筋板声振方程;利用空间谐波展开法及虚功原理,得到了正交加筋板透射损失和平均振动速度级表达式。在此基础上,首先研究了单向加筋板的隔声性能,理论结果与已有计算结果取得了很好的一致,验证了模型的有效性;并进一步研究了正交加筋的声振特性。研究表明,正交加筋板对垂直入射声波的隔声效果最好;增大加强筋惯性矩可提高其低频段透射损失;增大加强筋间距可提高正交加筋板的低频段振动响应,却降低了其低频透射损失,总体而言,增大加强筋间距可改善结构的整体隔声性能。

双向正交加筋板声振响应解析方法研究

提出双向正交加筋板声振响应的一种解析计算方法。使用两种连续性条件,建立双向正交加筋板的耦合振动方程。利用二维傅里叶级数作为双向正交加筋板振动位移表达式,将双向正交加筋板振动微分方程化为线性方程组,求解获得双向正交加筋板的模态特性以及加筋板稳态声振响应,并通过了现有文献数据和有限元方法的验证。通过进一步的参数分析,研究加强筋在板上的排布方式对加筋板声振特性的影响。

正置正交加筋薄壁柱壳优化设计参数化有限元方法研究

利用有限元软件建立轴压正置正交加筋薄壁圆柱壳的参数化有限元分析模型,研究结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。随着蒙皮厚度的增加,结构的屈曲模式由局部屈曲逐步变化到总体屈曲,屈曲载荷上升;随着加筋厚度或宽度的增加,由总体屈曲变化到局部屈曲,屈曲载荷上升。通过等体积时的参数变化对屈曲载荷和屈曲模式的影响研究,表明在对应某体积的设计中,只有一种设计使结构屈曲载荷达到最大,而当此最大的屈曲载荷等于设计载荷时,是最轻重量的设计。在此基础上发展一种基于APDL(Ansys parametric design language)语言的薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,利用该方法给出设计算例的优化结果。

填充型正交加筋复合材料夹层结构动响应试验及仿真研究

制备填充型正交加筋复合材料夹层板结构模型,并进行动力学响应试验,采用ABAQUS结构有限元分析软件建立动响应数值仿真模型,验证并探讨该型夹层结构建模方法和动力学响应计算方法.结果表明:基于粘弹性填充材料DMTA测试结果,采用ABAQUS建立的填充型正交加筋复合材料夹层结构动力学仿真模型和计算方法基本可靠,在200 Hz以下,固有频率计算误差在20%以内,动响应计算过程中碳/玻混杂纤维复合材料的阻尼值取0.05较为合理.

复合材料正交加筋板在横向载荷下挠度计算的半解析法

本文采用一种新的半解析法,即独特利用Heaviside函数建立与加筋板等效的变刚度模型来开展复合材料双向正交加筋板在横向载荷下的弯曲挠度分析.此模型可以准确地描述筋条在板面上的分布,以及由于筋条的存在而导致的板面刚度不均匀分布.使用Galerkin加权残值法求解该模型的控制方程,得到不同边界条件和载荷情况下的级数解.对于双向正交加筋板,将此半解析法的结果与传统均匀化方法和使用商业有限元软件ABAQUS建立的有限元模型所得到的弯曲挠度结果比较,验证了此方法的准确性和优越性.不同于传统均匀化方法,本双向正交加筋板的弯曲挠度半解析法可精确、有效地获取加筋间的局部弯曲挠度,可以促进复合材料结构的设计分析与优化的研究进展.

正交加筋夹层结构静动力学特性等效求解方法研究

针对正交加筋夹层结构芯层进行力学等效参数分析,基于上下表层低阶变形理论,建立了等效芯层、表层正交各向异性的夹层板静力学平衡方程和动力学控制方程,并求解了四边简支边界条件下夹层板的静力学响应和动力学固有频率.将等效计算结果与直接求解、三明治等效参数有限元建模计算、实体有限元建模计算结果进行算例对比验证,并对表层、正交加筋芯层对结构刚度贡献机理进行了分析,结果表明:正交加筋夹层结构刚度设计可采用等效参数法,将芯层面内正交各向异性参数和面外剪切参数进行等效后,采用等效参数三明治有限元建模进行计算,降低仿真计算建模难度;夹层结构表层对结构刚度的贡献远大于加筋芯材,但随着表层刚度的降低,加筋芯层正应力提供的抗弯刚度较剪力应力提供的抗弯刚度成倍增加.

正交加筋复合材料夹层结构振动响应试验研究

制备一个钢质和三个复合材料共计四型夹层板试验模型,针对试验模型分别进行模态试验和动力学响应激振试验,根据试验结果,各型夹层板整体振动响应特征、复合材料夹层板振动响应影响因素,探讨了填充型正交加筋复合材料夹层板与钢质夹层板振动响应差异.结果表明,相比无填充复合材料夹层板和钢质夹层板,由于填充型正交加筋复合材料夹层板具备最优异的阻尼性能,同时其重量最大,对高频振动具备更优异的抑制能力,包括整体响应和局部响应,且其首阶共振峰值响应最小,较其他三者大幅降低.

湍流激励下橡胶贴敷声呐罩自噪声抑制机制

基于湍流边界层脉动压力功率谱模型、正交周期加筋板弯曲运动、声波和固体波动及随机振动理论,建立了湍流边界层激励下声呐罩壳板自噪声的计算模型.研究发现:橡胶层主要依靠横波传播截止效应抑制湍流脉动压力水动力学成分所致的壳板自噪声,降噪量高低与厚度模态有关,同时可以保持声波高透射.随着声呐罩外贴的橡胶横波波速减小或阻尼因子增大,橡胶贴敷声呐罩对湍流脉动压力的降噪效果明显.正交周期加筋板的板格尺寸改变,比如流向肋骨或展向肋骨间距较小,会使壳板振动加速度自功率谱共振峰频率向高频移动,但是壳板振动加速度或壳板内侧声压自功率谱整体幅值基本不变.