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。

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。

复合材料层合薄壁短圆柱壳动力学相似模型几何适用区间确定方法

针对旋转复合材料层合薄壁短圆柱壳结构的相似试验模型设计问题,提出一种不完全几何相似(畸变)模型的几何尺寸区间确定方法。用动力学平衡方程分析与敏感性分析相结合,建立层合薄壁短圆柱壳模型与原型间的相似关系,通过对导出的三种固有特性相似关系进行修正,得到层合圆柱壳动力学相似关系。以一种常用复合材料层合薄壁短圆柱壳为例,在深入研究使模型与原型在固有特性相似(即固有频率成比例映射关系、且振型保持一致)时,畸变模型的几何尺寸适用区间确定方法的基础上,利用数值分析方法,最终得到复合材料层合薄壁短圆柱壳模型和原型在不同阶次下,固有特性相似的畸变模型几何结构适用区间及其边界函数的确定方法。该研究结果为旋转层合薄壁短圆柱壳的动力学相似模型设计问题奠定了理论基础。

模态数量对薄壁短圆柱壳振动响应分析的影响

采用振型叠加法研究薄壁短圆柱壳受谐波激励的振动响应分析时模态截断数量的影响,且考虑简支—简支、固支—固支和固支—自由三种约束条件。首先基于Love壳体理论建立薄壁短圆柱壳的动力学模型。然后,给出采用振型叠加法进行薄壁短圆柱壳受径向谐波激励时的振动响应求解方法。在三种不同约束条件下,计算采用不同模态截断数量时的稳态响应的振动幅值,对比其一致性,并与实测结果进行比较。结果表明,在这三种约束条件下计算受谐波激励薄壁短圆柱壳的振动响应,需要截取前8阶模态函数用于表征位移模式;模态数据超过8阶对响应计算的精度没有明显改善,实测振动响应结果与解析结果基本吻合。

悬臂薄壁短圆柱壳的高阶模态特性研究

采用传递矩阵方法研究了悬臂薄壁短圆柱壳的高阶模态振动特性。首先基于Love薄壳理论建立了薄壁短圆柱壳的动力学模型,根据壳体截面上的状态向量,利用传递矩阵方法推导了1阶状态微分方程组,然后采用高精度的精细积分方法进行求解,计算得到了高阶固有频率,绘制了三维模态振型,最后通过有限元法进行了比较。结果表明,通过传递矩阵方法可以对悬臂薄壁短圆柱壳的高阶固有频率进行精确求解,得到的三维模态振型与有限元结果具有较好的一致性。