基于Flügge理论的功能梯度圆柱壳自由振动响应均匀化转换计算方法

基于Flügge理论方程,利用梯度材料和均匀材料物理性质和力学行为相似性,建立功能梯度材料(FGM)圆柱壳固有频率解与参考均匀材料圆柱壳解之间解析转换关系,实现FGM圆柱壳力学行为均匀化转换计算。给出数值算例与前人结果比较,讨论了相关参数影响规律并对计算效率进行分析。该研究与已有计算方法比较,在保证计算精度基础上,应用便利性与计算效率有很大提高,可为非均匀结构力学行为分析提供新的探索途径。

复杂双层壳体声辐射性能分析

研究了加肋的环板双层壳体的振动和声辐射性能,采用经典Flugge微分算子描述壳体的运动,通过将加强构件等效为反力和反力矩加在内外壳体的表面上而引入壳体振动方程,并利用Helmholtz波动方程和壳体表面的位移连续条件来解位于内层壳和外层壳之间的环形流场,最终建立和求解了双壳体声-流体-结构耦合方程,详细讨论了双壳体参数和双壳间连接型式的变化对其声辐射性能的影响。得出了以下结论:双层壳体内外壳间距减小,内外壳的耦合作用就越强,壳体辐射声功率和表面振动均方速度级升高,外壳的“屏蔽”作用就越不明显;内外壳厚度的改变对壳体振动速度级有较大的作用,对声辐射的影响不是很明显,厚度越大,振动速度级就越低。

水下环肋圆锥壳临界压力—频率特性分析

[目的]为了揭示水下环肋圆锥壳临界压力数值模拟的物理机理,对比试验测量方法的准确性,[方法]基于Flügge壳体理论,结合波传播法和Galerkin法研究水下环肋圆锥壳临界压力与固有频率之间的关系。采用刚度均摊法,将环肋的等效刚度代入壳体振动方程,计算得到固有频率及临界压力。[结果]研究表明,水下环肋圆锥壳固有频率的平方随静水压力的增大呈近似线性递减的关系,环肋圆锥壳的临界压力随环肋弹性模量、厚度、高度的增大而增大,且环肋对固有频率的影响显著。[结论]采用的计算方法准确、有效且方便简捷,可为水下环肋圆锥壳临界压力的无损预报提供新的求解方法与思路。

正交加筋圆柱壳-球壳组合结构自由振动分析

研究不同边界条件下光滑、正交加筋圆柱壳-球壳组合结构的自由振动。通过对圆柱壳与球壳连接处简化处理,视球壳为自由约束,圆柱壳为简支约束,据Flügge薄壳理论利用Rayleigh-Ritz法求得结构频率,与有限元软件ANSYS结果比较,验证该方法的适用性及有效性;分析球壳扁率及组合壳体长径比对频率影响。结果表明,球心半角Φ增大结构自振频率降低;长径比L/Rc增大球心半角Φ对组合结构频率影响逐渐减弱,结构自振频率逐渐降低,且降幅减小。

粘性流场中圆柱壳结构的频散特性分析

以往的文献在分析流场中圆柱壳的声振特性时,往往将流场简化为理想状态,忽略了粘性的影响。以浸没在粘性流场中的无限长弹性薄圆柱壳为研究对象,研究了流体粘性对频散特性的影响规律。首先,分别用Flügge薄壳理论和势函数方法分析壳体结构振动和外部流体声场。然后,通过壳壁外表面的运动协调条件,建立此耦合系统的声振耦合方程,进而采用Winding-Number围线积分法搜索求根,重点求取和分析了粘性流场中无限长弹性薄圆柱壳的频散曲线,并与理想流体中的特性作了对比,得出了一些有价值的结论,有助于理解粘性的影响及程度。

基于均匀化转换方法的FGM圆柱壳静水压力下临界压力预测研究

依据经典Flügge壳体理论,利用功能梯度材料(FGM)和均匀材料物理性质和力学行为相似性的均匀化转换计算方法,研究了静水压力下FGM圆柱壳临界压力的预测方法。针对水下FGM圆柱壳耦合系统的振动问题,考虑流体影响,采用波动法推导出相应的振动方程,使用了牛顿迭代法,以确定在静水压力下FGM圆柱壳的固有频率。根据临界载荷与固有频率为零的载荷水平线性相关性,运用拟合曲线法和均匀化转换后的公式法对静水压力下FGM圆柱壳临界压力进行了预测分析,并讨论了FGM圆柱壳各项参数对静水压力下FGM圆柱壳临界压力的影响。结果表明,FGM圆柱壳的材料弹性模量E合值、几何尺寸h/R和L/R,以及不同边界条件改变对临界压力影响较大。通过对多组算例的对比分析,证明了本研究方法的正确性和有效性。使用该方法进行预测的精度高,计算量小,能够为非均匀结构力学行为的分析提供新的研究途径。

静水压力下功能梯度圆柱壳振动响应研究

基于功能梯度材料和均匀材料的物理性质和力学行为相似性,利用经典Flügge壳体理论,建立了静水压力下功能梯度材料(FGM)圆柱壳固有频率解与均匀材料圆柱壳解之间的解析转换关系,实现了FGM圆柱壳力学行为均匀化转换计算。考虑流体影响,采用波动法推导水下FGM圆柱壳耦合系统的振动方程,将数值算例与已有文献结果进行比较,证明了本文方法的正确性与准确性。讨论了FGM圆柱壳的材料组分、尺寸参数和不同边界条件对静水压力下固有频率的影响,并对计算效率进行了分析。本文研究与已有计算方法比较,在保证计算精度基础上,省略了偏微分及复杂边界条件计算,应用的便利性与计算效率有很大提高。

爆炸荷载作用下饱和土中隧道的瞬态动力响应

用解析方法研究了爆炸荷载作用下饱和土中圆形隧道的动力响应问题。模型假定饱和土体中的圆形隧道中心处发生爆炸,爆炸荷载采用简化形式,衬砌运动方程基于Flügge壳体理论,饱和土采用Biot波动方程,通过引入两个势函数,在Laplace变换域中推导了爆炸荷载作用下圆形隧道位移和应力响应的表达式。利用Laplace数值逆变换得到爆炸荷载作用下衬砌与土体的时域计算结果,分析了排水条件对位移、应力变化的影响,并讨论了饱和土参数、衬砌和土的相对刚度的影响。数值结果表明,爆炸荷载作用下,不排水条件下应力和位移的响应幅值比排水条件下有所增大;饱和土参数b*对土体应力的幅值有明显的影响;衬砌与土的相对刚度越大,土体位移和应力响应的幅值越小,衰减的速度也越快。