基于传递矩阵法和有限元法的薄壁圆柱壳固有特性与行波振动分析

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薄壁圆柱壳以其良好的几何特性、高比强度、高比模量和便于加工,并且具有厚度小,质量轻,耗材少,性能好等特点而被广泛应用于工业领域。在实际工程应用中,旋转薄壁圆柱壳振动问题突出,且存在行波振动,使得旋转圆柱壳的振动行为更为复杂。因此对旋转圆柱壳振动特性的深入分析是至关重要的。  本文对薄壁圆柱壳结构的振动特性进行研究,给出静止态薄壁圆柱壳固有特性分析的传递矩阵法和数值计算方法、旋转态圆柱壳行波振动分析的传递矩阵法以及共振分析的数值仿真法。主要研究内容包括以下4个方面:  (1)基于Love壳体理论,给出静止态薄壁圆柱壳的振动微分方程,引入状态向量,经过本构方程转换得到固有频率求解的传递矩阵。  (2)应用有限元软件ANSYS对不同边界条件下静止态薄壁圆柱壳的固有特性进行数值仿真分析;并利用传递矩阵法,得到不同边界条件下固有频率求解的传递矩阵表达式,进行算例分析;利用振动测试系统针对薄壁圆柱壳进行模态测试,与数值解、传递矩阵法解对比验证。  (3)建立旋转圆柱壳的动力学方程,基于传递矩阵法,确定旋转圆柱壳的传递矩阵,确定不同边界条件下求解旋转圆柱壳行波频率的特征方程,进行算例分析。  (4)应用有限元软件ANSYS对旋转薄壁圆柱壳的共振特性进行数值仿真分析,分析旋转圆柱壳在周期性激振力下低节径和高节径的共振,研究单元类型、厚径比和长径比对旋转圆柱壳共振特性的影响规律。
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