流体对薄壁圆柱管振动频率的影响

以两端固支薄壁圆柱管为机构,并简化为Timoshenko梁模型,使用梁的弯曲振动理论及有限元模型分析薄壁圆柱管不含液体的固有频率和振型,其中考虑了集中质量的作用。给出了含有流体的圆柱管道的横向振动微分方程和固有频率方程。设计并制造全部实验装置,测量薄壁圆柱管不含液体、含静止液体和含流动液体的前三阶固有频率和振型。含静止液体时薄壁圆柱管的幅频特性曲线呈非线性、软特性。通过理论值与实验值进行比较,理论值与实验值接近,流体使薄壁圆柱管的固有频率下降。

45钢薄壁圆柱管的冲击膨胀断裂机理研究

采用改进型霍普金森压杆实验技术,对不同膨胀断裂状态的45号钢薄壁金属圆柱管进行了冻结回收,直接观测了薄壁金属圆柱管动态膨胀断裂过程中的裂纹萌生、扩展情况以及最终断裂模式等断裂演化特征。对冻结回收样品进行的金相显微分析完整观察到了裂纹萌生、扩展直至断裂的整个膨胀断裂过程,并得出以下结论:薄壁金属圆柱管在中应变率的膨胀断裂过程中,拉伸和剪切断裂机制起主导作用。裂纹萌生于外壁面,并由外向内扩展,断裂模式随加载应变率的提高逐渐由拉剪混合向纯剪切过渡。与爆轰加载的高应变率薄壁金属圆柱管断裂过程不同的是,随加载载荷的增加,薄壁金属圆柱管的断裂逐渐由拉伸断裂向剪切断裂过渡,而非绝热剪切断裂,这种差异的产生原因尚待研究。

三通薄壁圆柱管展开的自动放样设计

应用解析几何与投影几何理论分析了三通薄壁圆柱管交线的特点，建立了交线的函数式。并用Ａｕｔｏｌｉｓｐ语言设计出绘制柱管展开图的实用程序。将其应用于数控机床上，可快捷而精确地解决钣金加工中各种薄壁三通圆柱管的自动下料问题。

矩形大开孔外压薄壁圆柱壳结构稳定性研究

以含矩形大开孔的薄壁圆柱壳结构为研究对象,利用ANSYS Workbench软件对其进行了屈曲分析,研究了不同的几何影响因素和材料参数与其临界失稳载荷和屈曲行为的关系。结果表明:结构的临界失稳载荷主要影响因素为壳体的径厚比;在弹性模量不变的情况下,临界失稳载荷与材料的屈服强度近似为线性关系;径厚比和材料参数的改变并不会改变结构的屈曲行为和趋势。

内压薄壁圆柱壳电阻凸焊接头疲劳寿命研究

为提高凸焊接头在使用过程中的安全性能,笔者采用有限元法和等效结构应力法,对内压薄壁圆柱壳电阻凸焊接头疲劳寿命预测方法进行了研究。提出了一种考虑预压载荷对圆柱壳形状影响的建模方法,计算了不同预压载荷下的筒体变形和凸焊接头疲劳寿命。研究结果表明薄壁圆柱壳在凸焊接头处的变形对凸焊接头疲劳寿命有显著影响。建议在制造中采取措施减小焊接过程对圆柱壳在开孔区的变形的影响,从而使凸焊接头获得较高的疲劳寿命。

薄壁直圆柱管质量流量的测量与特性分析

液体流动时管道产生的科氏力影响管道振动的振型,分析该影响能求出液体的质量流量。给出了液体流动时薄壁直圆柱管产生的振动和液体质量流量之间的理论关系。分析薄壁直圆柱管的前三阶固有频率和振型,从而可获得受科氏力影响管道振型产生的转角差,通过计算可获得薄壁直圆柱管内的质量流量。介绍了实验装置和实验方法。实验结果表明流速影响管道的固有频率,流速越快管道的固有频率越低,实验获得的质量流量与实际值接近,并分析了造成误差的原因。

基于激光旋转扫描的约束态薄壁圆柱壳模态振型测试新方法

针对传统采用实验模态分析理论辨识模态振型测试效率低的问题,提出基于单点激光旋转扫描的测试约束态圆柱壳模态振型新方法。在明确基本测试原理基础上组建激光旋转扫描测试圆柱壳模态振型实验系统,提出基于激光旋转扫描测试约束态模态振型试验流程,并对判定圆柱壳共振及由响应数据获得圆柱壳模态振型等关键技术进行详述。通过实例验证结果表明,该方法可快速准确获得薄壁圆柱壳的模态振型、极大提高空间测试分辨率、高效测试圆柱壳结构各点振动响应,具有一定工程应用价值。

边界条件对旋转薄壁圆柱壳结构自由振动行波特性的影响分析

建立了弹性约束边界下旋转薄壁圆柱壳结构自由振动行波特性分析模型,通过在边界引入四种约束弹簧,任意边界条件可以通过设置刚度系数而统一得到。基于Sanders薄壳理论对旋转薄壁圆柱壳自由振动的振动能量表达式进行了推导,三个方向的振动位移场通过一种改进傅立叶级数进行展开,带入能量表达式并利用RayleighRitz法进行变换推导,得到旋转薄壁圆柱壳自由振动的系统特征方程。利用MATLAB编程计算,得到行波振动固有频率,通过与现有文献中其他方法比较,验证了本文方法的正确性,随后采用不同几何参数、不同边界条件、不同约束弹簧刚度的算例对振动特性的影响进行分析,揭示了转速、长径比、厚径比等几何条件以及边界约束弹簧刚度对旋转薄壁圆柱壳自由振动行波特性的影响规律。

基于薄壁圆柱壳理论的盾构隧道抗震拟静力分析法

为简化盾构隧道抗震分析,在获得深埋盾构隧道周边自由场剪应变和剪应力的基础上,基于弹性薄壁圆柱壳理论,给出了求解深埋盾构隧道水平地震剪切波作用下的附加内力计算公式,并与同等条件等效刚度数值分析方法结果进行了对比。研究表明:滑移和不滑移条件下的拟静力计算结果与相应的数值分析结果具有良好的一致性,说明基于弹性薄壁圆柱壳理论获得的盾构隧道拟静力公式具有良好的合理性。研究还表明:水平地震剪切波作用下,可滑移条件下的附加弯矩和附加剪力分别大于不滑移条件下的附加弯矩和附加剪力,可滑移条件下的附加轴力小于不滑移条件下的附加轴力;附加弯矩和附加轴力呈现反对称分布特性,其最大值通常分布在45°和225°雷达对称轴或135°和315°雷达对称轴上,附加剪力最大值一般分布在0°和180°雷达对称轴上。研究结论对盾构隧道工程抗震设计具有一定的参考价值。

冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律.研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.

复合材料薄壁圆柱壳热振动特性分析

采用有限元软件ANSYS参数设计语言(APDL)实现复合材料薄壁圆柱壳结构在线性分布温度场作用下的非线性热振动特性分析。计算不同约束条件、不同铺层方式和铺层层数的复合材料薄壁圆柱壳在线性温度场作用下的各阶固有频率,分析边界约束、铺层角度及铺层层数对结构热振动频率的影响。结果表明,温度效应、边界约束、铺层层数显著影响结构的固有频率,适当的铺层角度会改变结构的固有频率,不同的铺层方式对结构固有频率影响程度不同。这些结论将对复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导作用。

高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于传递矩阵法研究了不同边界条件下高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性。首先,基于Love壳体理论,考虑离心力、科氏力和惯性力的影响,建立了旋转态薄壁圆柱壳的振动微分方程;然后,引入传递矩阵方法,根据壳体子段间的状态向量表达式,推导了结构的整体传递矩阵;最后,通过高精度的精细积分法进行求解,得到了两端简支、两端固支和固支-自由边界条件下的共振特性。算例结果表明,传递矩阵方法适合于求解高速旋转薄壁圆柱壳的行波共振特性,在三种边界条件下以周向模态的振动为主;在工作转速和1倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振转速点仅有一个,而在其他倍频激振下的共振转速点不在安全裕值范围内。

复杂激励下有限长薄壁圆柱壳体导纳研究

导纳是衡量结构动态特性的重要指标,任何结构的振动响应特性本质上都可以用结构表面各点的导纳来表示。从经典的薄壁壳体振动方程出发,推导出有限长薄壁圆柱壳体在复杂激励下的驱动点导纳解析表达式,并对控制壳体振动响应的潜在机理进行了研究。结果发现,耦合导纳对输入壳体的振动能量可能起着重要作用。所给出的薄壁圆柱壳体导纳公式,可直接用于薄壁壳体基础上的主被动隔振研究。

不同边界条件下旋转薄壁短圆柱壳的强迫振动响应计算

为计算不同边界条件下旋转薄壁短圆柱壳的强迫振动响应特性,在总结前人所提出的两端简支边界条件下旋转有限长圆柱壳自由振动和谐波激励响应计算方法基础上,基于梁函数法,在位移函数的轴向引入含有不同边界条件特征的模态函数,从而得以求解。基于Love壳体理论,利用Harnilton原理建立了旋转薄壁短圆柱壳的振动微分方程,并利用Galerkin法进行离散简化为常微分方程。以简谐激励为例给出了一种以广义坐标形式表示的响应求解方法,由此求解出不同边界约束的旋转薄壁短圆柱壳的响应问题。通过试验对所提出响应计算方法的正确性进行了验证。

复合材料薄壁圆柱壳动态弹性模量的研究

提供了一种将试验和理论分析相结合的方法来研究复合材料薄壁圆柱壳的动态弹性模量.采用稳态正弦激振试验获得玻璃/环氧树脂复合材料薄壁圆柱壳的固有频率及振型,应用有限元方法计算各阶固有频率对应的动态弯曲弹性模量,并对结果进行数据拟合,得到动态弹性模量与激振力频率之间的Lorentzian函数关系.结果表明,动态弯曲弹性模量远小于静态值,而且随着振动频率的增大而不断减小,Lorentzian函数可以用来较好地描述动态弯曲弹性模量与振动频率之间关系,将该函数关系应用于Donnell简化壳理论计算的圆柱壳固有频率与试验结果相吻合.

不同边界条件下高速旋转带篦齿薄壁短圆柱壳的行波共振特性研究

基于传递矩阵法研究了不同边界条件下高速旋转带周向篦齿薄壁短圆柱壳构件的行波共振特性。基于Love壳体理论,考虑离心力、科氏力和惯性力的影响,建立了旋转态薄壁圆柱壳的振动微分方程;引入传递矩阵法,通过壳体子段间的状态向量推导得到了整体结构的传递矩阵关系式;在简支-简支、固支-固支、固支-简支、固支-自由和简支-自由五种边界条件下,通过高精度的精细积分法进行求解,得到了构件的行波共振特性。算例结果表明,在固支-自由边界条件下第1阶模态振动发生在(1,3)阶,而在其它边界条件下第1阶模态振动发生在(1,4)阶,而且边界条件不同时前六阶模态分布规律也不同,但均以周向模态的振动为主;在3×104 r/min转速范围内,随着转速的逐渐增加,由于科氏力作用引起后行波频率大于前行波频率;同时,不同的边界条件对共振特性的影响不同,在工作转速附近行波频率线与激振频率线K=1或K=2相交,出现了共振裕度小于10%的共振转速点,共振裕度数值越小越容易引起对应阶次的共振,应采取措施避免共振现象的发生。

约束层阻尼对薄壁圆柱壳模态参数的影响研究

以一端约束和一端自由的薄壁圆柱壳为研究对象,研究了约束层阻尼对其模态参数的影响。为了充分了解其振动行为特点,通过有限元法初步获取了其固有频率和模态振型,并搭建了可以准确、高效地测试涂覆约束层阻尼前、后壳体结构模态参数的实验系统,提出了适合该类型阻尼薄壳结构模态参数的测试方法和流程。将约束层阻尼材料制成不同大小的环片形式,并准确获得了涂覆约束层阻尼前、后薄壁圆柱壳的各阶模态参数。基于上述测试结果,研究了约束层阻尼参数的改变对薄壳固有频率、振型和阻尼参数的影响程度,发现约束层阻尼会降低结构的固有频率,但可以有效提升壳体结构的阻尼特性。

铝合金薄壁圆柱壳切削稳定性研究

对于圆柱壳的加工,由工件材料的性能和结构特点,可知其相对刚度较低,加工工艺性差,易变形,在加工中易产生振动。再生型切削颤振是机床切削振动的主要原因。在现有文献的基础上研究了圆柱壳再生型切削颤振系统极限切削宽度随机床主轴转速变化的规律,并通过动态测试实验、模态实验和动态切削力实验,对切削系统的动力学参数进行识别,最终得到了圆柱壳切削系统稳定性极限图,并在传统稳定性的基础上提出严格稳定区的概念。

薄壁圆柱壳构件受迫振动的响应特征研究

针对固支-自由约束条件下受径向谐波激励或径向冲击激励的薄壁圆柱壳构件,开展其受迫振动下的响应特征分析。首先基于Love壳体理论建立了薄壁圆柱壳构件的动力学模型,然后,根据固支-自由约束条件特点,采用轴向梁函数和周向三角函数组合的振型函数以及振型叠加法,获得了考虑粘性阻尼的薄壁圆柱壳模态坐标振动方程,进而求解受径向谐波激励或冲击激励的振动响应。通过一个具体算例,进行了不同位置上的响应幅度与相位的变化分析,并对比了模态阻尼比和激励力幅值对响应幅值的影响。

高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于Viogt-Reuss原理和传递矩阵法研究了高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳构件的行波共振特性。根据复合结构的Viogt-Reuss等效原理,考虑科氏力的影响,基于Love薄壳理论建立了旋转态硬涂层薄壁圆柱壳的振动微分方程;引入传递矩阵法,根据壳体子段间的状态向量关系式推导得到了构件的整体传递矩阵;在固支-自由、简支-简支和固支-固支边界条件下,求解得到了构件的行波共振特性。结果表明:通过与文献中的数据进行比较验证了该分析方法的合理性,静止薄壁圆柱壳的第1阶模态振型不受硬涂层材料的影响,但是频率值发生了偏移,随着阶次的增加前六阶振动模态的顺序发生了变化;硬涂层材料对薄壁圆柱壳的模态振型无影响,但是NiCrAlY硬涂层比NiCrAlCoY+YSZ硬涂层薄壁圆柱壳对应的各阶静频值偏高。转速对硬涂层薄壁圆柱壳前六阶行波频率的影响较大,在工作转速和一倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振临界转速点随着边界条件和硬涂层发生变化,共振模态随着共振点变化容易引起对应阶次的模态振动,硬涂层结构改变了薄壁圆柱壳的行波共振特性。