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对接圆柱壳结构的频响函数子结构混合建模方法研究

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振动工程学报 2023年第1期36卷 70-75页

作者：李旭龙张忠董俊辉牛牧青魏莎陈立群上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海市应用数学和力学研究所上海200072 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 哈尔滨工业大学(深圳)理学院广东深圳518055

以建立精确的对接圆柱壳结构动力学模型为目标,为解决对接圆柱壳结构实验模型存在的界面转角自由度信息缺失的问题,提出了频响函数子结构混合建模方法,采用界面刚性等效方法进行界面转角自由度信息的近似估计,并将其与有限元频响结果进... 详细信息

以建立精确的对接圆柱壳结构动力学模型为目标,为解决对接圆柱壳结构实验模型存在的界面转角自由度信息缺失的问题,提出了频响函数子结构混合建模方法,采用界面刚性等效方法进行界面转角自由度信息的近似估计,并将其与有限元频响结果进行对比分析,验证了该方法在圆柱壳结构中的计算精度。同时,根据子结构频响函数获取方式、界面自由度的不同,采用子结构频响函数综合方法进行多种工况下的混合建模。结合对接圆柱壳结构的振动特性,对比分析不同工况下的混合建模结果。结果表明:考虑界面转角自由度信息后,可有效提高对接圆柱壳结构的混合建模精度。

关键词：圆柱壳结构子结构综合混合建模频响函数转角自由度

圆柱壳结构的转角自由度频响函数估计方法研究

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力学与实践 2022年第1期44卷 30-35页

作者：李旭龙张忠董俊辉魏莎陈立群上海大学力学与工程科学学院上海200444 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 哈尔滨工业大学(深圳)理学院深圳518055 上海市应用数学和力学研究所上海200072

频响函数子结构综合方法是工程设计的重要途径。对于子结构综合方法中界面转角自由度不匹配问题,本文采用界面刚性等效方法解决该问题。对于工程中常见的圆柱壳结构,本文通过数值仿真和试验研究验证了该方法在此类结构中获取转角自由度... 详细信息

频响函数子结构综合方法是工程设计的重要途径。对于子结构综合方法中界面转角自由度不匹配问题,本文采用界面刚性等效方法解决该问题。对于工程中常见的圆柱壳结构,本文通过数值仿真和试验研究验证了该方法在此类结构中获取转角自由度信息的可行性。将估计得到的与转角自由度相关的频响函数结果与有限元仿真结果进行对比,结果表明界面刚性等效方法具有较高的计算精度,可用于频响函数子结构综合方法。

关键词：转角自由度界面刚性等效方法圆柱壳结构有限元

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圆柱壳结构干扰自适应减振控制研究

舰船科学技术 2023年第22期45卷 25-33页

作者：杨松李科宇张刚陈跃华冯锐宁波大学海运学院浙江宁波315211 宁波舜宇光电信息有限公司浙江宁波315211

针对具有网格划分压电传感器-作动器的圆柱壳减振控制问题,提出了一种具有在线自组织能力的分布式H∞一致性减振方法。采用FFT方法,对振动数据进行振动能量时频分析,进行模态截断、确定控制阶次。随后,基于分布式H∞一致性控制理论与粒... 详细信息

针对具有网格划分压电传感器-作动器的圆柱壳减振控制问题,提出了一种具有在线自组织能力的分布式H∞一致性减振方法。采用FFT方法,对振动数据进行振动能量时频分析,进行模态截断、确定控制阶次。随后,基于分布式H∞一致性控制理论与粒子群优化,进行迭代计算,优化选取部分压电致动器进行减振控制。使得压电致动器对外界激励变化具有在线自组织自适应能力,且H∞一致性性能指标最小化外激励对系统振动的影响。仿真结果表明,圆柱壳受到脉冲激励、持续激励以及多模态激励时,振动能量分别降低91.5%、90.9%、91.2%。控制器对外激励具有较好适应能力。

关键词：振动控制圆柱壳结构分布式控制一致性算法

水下爆炸作用下复合材料圆柱壳结构失效模式分析

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中国舰船研究 2023年第2期18卷 55-63页

作者：杨坤张玮李营何纤纤海军研究院北京100161 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

[目的]为提高无人水下航行器(UUV)、自主式水下航行器(AUV)、空气瓶等外壳防护结构的抗爆抗冲击能力,对水下爆炸和高静水压力载荷下碳纤维增强复合材料(CFRP)圆柱壳的结构响应及其失效模式进行研究。[方法]利用ABAQUS软件和耦合欧拉-拉... 详细信息

[目的]为提高无人水下航行器(UUV)、自主式水下航行器(AUV)、空气瓶等外壳防护结构的抗爆抗冲击能力,对水下爆炸和高静水压力载荷下碳纤维增强复合材料(CFRP)圆柱壳的结构响应及其失效模式进行研究。[方法]利用ABAQUS软件和耦合欧拉-拉格朗日法(CEL)方法构建在静水压力和冲击载荷共同作用下CFRP圆柱壳内爆的计算模型,通过与实验结果对比来验证数值模拟方法的有效性,并在此基础上获得CFRP圆柱壳内爆的失效模式和参数化影响。[结果]研究发现,CFRP圆柱壳水下内爆可分为3个阶段:屈曲阶段、壁面接触阶段、失效扩展阶段;减小圆柱壳长径比能提高结构的抗冲击能力,且影响CFRP圆柱壳的失效模式;随着纤维层数的增加,壳结构的静水承载能力和抗冲击能力增长速率增加;增加冲击块速度,壳的壁面界接触和失效扩展越显著,发生的基体断裂更多,且裂纹在圆柱壳长度方向上有明显增大趋势。[结论]所做研究可为水下航行器等结构设计工作提供数据指导,推动复合材料在上述领域中的应用。

关键词：圆柱壳结构水下爆炸失效模式数值模拟

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水下爆炸作用下圆柱壳结构动态响应数值研究

水下爆炸作用下圆柱壳结构动态响应数值研究

作者：范金鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水中炸药爆炸后，除初始阶段的冲击波载荷外，后续的气泡脉动载荷仍会对水中结构的动态响应产生强烈影响，特别是结构内较为敏感的设备。众多试验表明，金属材料的部分属性表现敏感的率相关性，材料模型是否合理，参数是否正确，严重影... 详细信息

水中炸药爆炸后，除初始阶段的冲击波载荷外，后续的气泡脉动载荷仍会对水中结构的动态响应产生强烈影响，特别是结构内较为敏感的设备。众多试验表明，金属材料的部分属性表现敏感的率相关性，材料模型是否合理，参数是否正确，严重影响数值仿真结果的精度。因此，在分析结构的动态响应及设备冲击环境时，应考虑气泡脉动载荷和材料应变率相关的属性。　　文中在参考了国内外相关研究资料的基础上，通过INSTRON-5500R万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测量了ZQ390钢的材料性能，并得到动态本构模型。对水下爆炸载荷下水面浮船的动态响应进行分析，探讨了气泡载荷对结构毁伤的影响。基于材料本构，计算了水下爆炸作用下深潜装置的动态响应，分析了结构设备冲击环境的影响因素。具体内容如下:　　(1)通过INSTRON-5500R万能试验机获得ZQ390钢的准静态试验数据，通过分离式霍普基森压杆(SHPB)获得ZQ390钢的动态试验数据，整理数据得到五种应变率下材料的应力-应变曲线，发现准静态下ZQ390为韧性材料，其瞬时应力随着应变率的提高增加显著，属于应变率敏感材料。通过分析采用Cowper-Symonds本构模型，并拟合粘性参数D和应变率硬化参数q。　　(2)分析了声-结构耦合法中流场尺寸对计算精度的影响，寻找合适的耦合界面网格尺寸和流场网格尺寸渐变率，采用声-结构耦合法模拟了水中冲击波作用下圆柱壳的动态响应和气泡脉动载荷，对比仿真、试验和理论结果，验证冲击波和气泡载荷的计算精度。以水面浮船为研究对象，对比了仅冲击波载荷和考虑气泡载荷下浮船的整体位移、结构应力和毁伤形式，分析了气泡载荷对于结构毁伤的影响，推断了塑性铰的形成机理。　　(3)建立了某深潜装置的简化模型，运用声-结构耦合法计算了模型在水下爆炸载荷下的动态响应，讨论了水中冲击波的传播。对比了仅计算冲击波和考虑气泡脉动下舱段平台的响应谱。结果表明气泡载荷会加剧平台响应，尤其对低频段响应。计算了不同潜深、炸药冲击因子、炸药攻角下各舱段平台响应，结合舱段板加速度曲线和响应谱曲线分析各参量变化对设备冲击环境的影响。

关键词：水下爆炸圆柱壳结构水面浮船气泡载荷冲击环境

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含裂纹圆柱壳结构强度分析及剩余寿命评估

含裂纹圆柱壳结构强度分析及剩余寿命评估

作者：汪帅争哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

圆柱壳结构因为其优良的构造形式和力学性能，被广泛的应用于民用和军事各个领域。但是圆柱壳在制造、运输和服役期间不可避免的由于外界因素的影响产生微小缺陷，在疲劳载荷作用下，微小缺陷会随着载荷循环不断发展，当裂纹达到一定尺... 详细信息

圆柱壳结构因为其优良的构造形式和力学性能，被广泛的应用于民用和军事各个领域。但是圆柱壳在制造、运输和服役期间不可避免的由于外界因素的影响产生微小缺陷，在疲劳载荷作用下，微小缺陷会随着载荷循环不断发展，当裂纹达到一定尺寸后结构会完全失效甚至断裂。本文借助于英国BS7910失效评估标准和裂纹扩展力评价技术分别对含裂纹圆柱壳在拉和压工况下的安全性分析，并且对圆柱壳的疲劳剩余寿命评估。论文主要内容如下:　　(1)试验测得了圆柱壳材料ZQ390钢在准静态拉伸下的基本力学性能参数;通过CT标准试件准静态断裂韧度试验得到了材料ZQ390钢的断裂韧度;通过疲劳裂纹扩展实验，得到在三个应力比下材料的a-N曲线，使用七点递增多项式方法处理a-N曲线，在双对数坐标系下拟合得到材料的疲劳裂纹扩展参数。　　(2)使用ABAQUS软件对含有环向贯穿裂纹的圆柱壳建立模型，基于英国含缺陷结构验收标准BS7910失效评估图构建了3C级评估曲线，探讨了裂纹长度对失效评估曲线的影响，通过失效评估曲线与作用在圆柱壳上载荷的加载路径分析了含裂纹圆柱壳在不同裂纹长度下的临界载荷变化趋势。其次，考虑实际工程中，作用在圆柱壳上的载荷存在偏心的情况，探讨了圆柱壳在偏心载荷下，裂纹长度对圆柱壳临界载荷的影响。　　(3)基于裂纹驱动力(Crack Driving Force)的方法，对含裂纹圆柱壳在偏心受压载荷下的破坏形式分析。结果表明，在荷载偏心度较小时，圆柱壳的破坏是由屈曲破坏模式主导，并且圆柱壳的平衡路径不受裂纹长度的影响;在荷载偏心度较大时，圆柱壳出现由屈曲破坏转变为由裂纹开裂引起的破坏。　　(4)建立标准CT试件的有限元模型，根据试验测得的疲劳裂纹扩展速率参数，验证了子模型法与网格重构法计算裂纹扩展寿命的准确性和可靠性。基于断裂力学裂纹扩展理论，计算了含裂纹圆柱壳在给定的疲劳荷载谱下的疲劳寿命，并通过线性累积损伤理论计算了不同初始裂纹和不同应力幅值下圆柱壳结构的剩余疲劳寿命。此外，分析了偏心载荷对含裂纹圆柱壳的剩余疲劳寿命的影响。本文对圆柱壳疲劳寿命的研究，为圆柱壳结构设计和合理制定维护周期提供有价值的参考。

关键词：圆柱壳结构裂纹缺陷临界载荷疲劳寿命

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含有易损部件圆柱壳结构的振动特性分析

含有易损部件圆柱壳结构的振动特性分析

作者：杨鑫亮西安理工大学

学位级别：硕士

含有易损部件圆柱壳结构包含薄壁圆柱壳、加强筋、易损设备件等特殊部件,是一种振动特性较为复杂的结构,其广泛应用在火箭、潜艇、汽车等军事及民用领域。本文采用仿真与试验对比的方法,从模态分析、随机响应分析、随机载荷识别三个方... 详细信息

含有易损部件圆柱壳结构包含薄壁圆柱壳、加强筋、易损设备件等特殊部件,是一种振动特性较为复杂的结构,其广泛应用在火箭、潜艇、汽车等军事及民用领域。本文采用仿真与试验对比的方法,从模态分析、随机响应分析、随机载荷识别三个方面对含有易损部件圆柱壳结构进行了振动特性研究,主要的研究工作包括:首先,利用计算模态分析和试验模态分析对比的方法,研究了含有易损部件圆柱壳结构的模态特性。对含有易损部件圆柱壳结构进行了试验模态分析,获取了含有易损部件圆柱壳结构的模态参数(固有频率、模态阻尼、模态振型),使用前处理软件HyperMesh构建了含有易损部件圆柱壳结构的有限元模型,分别使用有限元软件ABAQUS、HyperWorks对有限元模型进行了计算模态分析,仿真与试验的前两阶固有频率、模态振型吻合良好,且前两阶模态振型都为易损设备件的大振幅变形。其次,采用仿真与试验对比的方法,研究了含有易损部件圆柱壳结构的随机振动特性。对含有易损部件圆柱壳结构进行了随机振动试验,获取了部分测点的加速度响应,计算出了部分测点加速度响应的功率谱及加速度响应功率谱的均方根值,使用有限元软件ABAQUS、HyperWorks对有限元模型进行了随机响应分析,仿真与试验结果表明部分测点的加速度响应功率谱均方根值的相对误差可以控制在5～35%,仿真与试验部分测点的加速度响应功率谱幅值曲线可以在部分频段基本吻合。仿真与试验对比结果表明含有易损部件圆柱壳结构在运行或运输过程中如果受到250Hz左右的激振力时,含有易损部件圆柱壳结构会出现共振且其易损设备件容易出现破损。最后,研究了含有易损部件圆柱壳结构的随机载荷识别。通过有限元软件HyperWork进行随机响应分析获取大量的激励、响应数据集(加速度激励的功率谱、加速度响应的功率谱),使用支持向量回归、神经网络模型对仿真获取的数据集进行拟合,研究不同超参数对支持向量回归、神经网络模型预测精度的影响,引入不同百分比的白噪声,研究噪声百分比对支持向量回归、神经网络模型预测精度影响,噪声验证结果表明在本试验数据集下神经网络模型的抗噪性略优于支持向量回归模型,使用仿真数据训练出的神经网络模型对试验的随机载荷进行预测,结果表明在部分频率下,仿真训练出的神经网络模型对试验的随机载荷有较好的识别精度。

关键词：圆柱壳结构模态分析随机响应分析随机载荷识别支持向量回归神经网络

刚性壁存在下的水下圆柱壳结构的声振特性研究(英文)

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船舶力学 2013年第3期17卷 313-325页

作者：叶文兵李天匀朱翔陈忱华中科技大学船舶与海洋工程学院武汉430074

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于 Flügge 壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式。对海底或码... 详细信息

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于 Flügge 壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式。对海底或码头壁面存在下水下圆柱壳结构的远场辐射声压进行了计算并与无限域中的结果进行了对比分析,研究发现,海底或码头壁面的存在对水下圆柱壳结构的辐射声场有重要的影响。

关键词：远场声辐射海底或码头壁面圆柱壳结构镜像原理

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大型低矮圆柱壳结构风荷载特性的风洞试验

浙江大学学报（工学版） 2014年第5期48卷 820-826页

作者：赵阳林寅余世策浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江省空间结构重点实验室浙江杭州310058

以实际工程中的10方立式钢储罐为研究对象,采用刚性缩尺模型风洞试验方法,获得大型低矮圆柱结构内外表面的风压分布规律.结果表明:大型低矮圆柱壳结构外表面的风荷载与规范采用的数据有较大差异,内表面风压呈现出明显的波动.对平均风压... 详细信息

以实际工程中的10方立式钢储罐为研究对象,采用刚性缩尺模型风洞试验方法,获得大型低矮圆柱结构内外表面的风压分布规律.结果表明:大型低矮圆柱壳结构外表面的风荷载与规范采用的数据有较大差异,内表面风压呈现出明显的波动.对平均风压和脉动风压的相关性分析表明,准定常理论仅对外表面的背风区适用.对各测点风压时程数据进行三阶和四阶矩统计量分析,研究低矮圆柱壳表面风压的非高斯特性.结果显示:绝大多数测点的概率密度偏离高斯概型.为了便于设计应用,给出非高斯峰值因子的参考数值.与以往试验结果的比较表明:不同高径比的圆柱壳风荷载有所不同,负压区的体型系数绝对值随着高径比的增大而增大.

关键词：风荷载特性圆柱壳结构大型钢储罐风洞试验非高斯特性