旋转薄壁圆柱壳强迫振动响应的解析分析方法研究

摘要

薄壁圆柱壳是工程实际中常用的结构件之一，其在旋转工作状态下受离心力、气动力、振动交变力和碰摩力等载荷作用，在这些复杂载荷作用下壳体常处于振动工作状态，容易产生共振和失稳，甚至导致损伤故障等，因此进行旋转薄壁圆柱壳在强迫激励下的振动响应分析，对于指导该类结构件的设计和故障诊断具有重要意义。
　　本文首先在分析圆柱壳结构动力学的研究背景和国内外研究现状基础上，研究了圆柱壳自由振动、圆柱壳瞬态响应、圆柱壳瞬态响应及其有限元分析方法和实验方法等，本文完成的主要工作包括如下几个方面。
　　基于Love壳体理论，给出了薄壁圆柱壳的应变与位移的关系式、应力与应变的关系式和响应的内力表达式，并基于Hamilton变分原理导出了旋转薄壁圆柱壳的振动微分方程。通过假设振型函数由相对应边界条件的轴向梁函数和周向三角函数组成，利用Galerkin法进行数值计算，研究了简支-简支、固支-简支、固支-自由、固支-固支等四种边界条件下旋转薄壁圆柱壳系统的固有特性。
　　针对旋转薄壁圆柱壳的结构特征，重点研究了旋转薄壁圆柱壳在单点激励下的强迫振动响应，在位移函数的轴向模态函数引入轴向梁函数，由三角函数的正交性将含有轴向梁函数的旋转薄壁圆柱壳的振动微分方程解耦，得到两个可以独立求解的二阶振动微分方程，在定值载荷和谐波激励下求解出不同边界条件下的旋转薄壁短圆柱壳的响应特性，并得到了共振频率表达模型。
　　研究了一种求解旋转薄壁圆柱壳强迫振动响应的近似方法，即在相对坐标中系中，将旋转薄壁圆柱壳视为静止，而径向激振力以相同转速反向沿圆柱壳周边转动，使响应求解过程得到了简化。
　　对以上两种旋转圆柱壳的响应求解方法进行了对比和可行性分析，并进行了薄壁圆柱壳固支-自由边界条件下受迫响应的试验验证，通过将试验结果与解析结果进行比较分析，进一步确认了本文所提出薄壁圆柱壳受迫振动响应解析计算的合理性和正确性。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 静止薄壁圆柱壳自由振动研究现状

1．2．2 旋转薄壁圆柱壳自由振动研究现状

1．2．3 圆柱壳瞬态响应的研究现状

1．2．4 圆柱壳稳态响应的研究现状

1．2．5 圆柱壳动力响应的实验方法研究现状

1．2．6 圆柱壳动力响应的有限元方法研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 旋转薄壁圆柱壳的基本理论

2．1 引言

2．2 圆柱壳的基本理论

2．2．1 Love壳体理论

2．2．2 力学方程

2．2．3 动力学方程

2．3 本章小结

第3章 旋转薄壁圆柱壳固有特性分析的梁函数法

3．1 引言

3．2 旋转薄壁圆柱壳固有特性的分析

3．2．1 薄壁圆柱壳振型描述

3．2．2 旋转薄壁圆柱壳固有特性分析的梁函数法

3．3 计算实例与结果分析

3．3．1 频率特性

3．3．2 振型比

3．4 本章小结

第4章 单点激励下旋转薄壁圆柱壳的强迫振动响应分析

4．1 引言

4．2 受迫旋转薄壁圆柱壳的模型建立

4．3 单点激励下旋转圆柱壳的强迫振动响应分析

4．3．1 振动响应分析方法

4．3．2 单点定值载荷作用下旋转圆柱壳的振动响应

4．3．3 单点谐波激励下旋转圆柱壳的振动响应

4．4 计算实例与结果分析

4．4．1 单点定值载荷作用

4．4．2 单点谐波激励

4．5 本章小结

第5章 旋转薄壁圆柱壳强迫振动响应的一种近似解法

5．1 引言

5．2 受迫静止薄壁圆柱壳的模型建立

5．3 强迫振动响应分析

5．3．1 旋转激励下静止薄壁圆柱壳的振动响应分析

5．3．2 旋转定值载荷下静止薄壁圆柱壳的振动响应分析

5．3．2 旋转谐波激励下静止薄壁圆柱壳的振动响应分析

5．4 计算实例与结果分析

5．4．1 旋转定值载荷工况

5．4．2 旋转谐波激励

5．5 本章小结

第6章 强迫振动响应分析方法对比与试验验证

6．1 引言

6．2 强迫振动响应分析方法对比

6．2．1 响应分析方法对比流程图

6．2．2 响应对比

6．2．3 共振频率对比

6．3 强迫振动响应试验验证

6．3．1 试验测试系统

6．3．2 拾振方式

6．3．3 实验结果对比分析

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

致谢

附录