圆柱壳结构受迫振动特性分析
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析复杂边界条件下圆柱壳的自由振动特性分析是研究圆柱壳在振动过程中的频率和模态形式的一种方法。
在工程领域中，圆柱壳结构广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域，因此对其自由振动特性的研究具有重要的理论和实际意义。
圆柱壳的自由振动特性包括固有频率和振型两个方面。
固有频率是指圆柱壳在没有外界激励作用下，自身在特定模态下振动的频率。
振型是指圆柱壳在特定频率下的振动形式。
通过对圆柱壳自由振动特性的分析，可以了解和预测圆柱壳结构在振动情况下的响应特性，为工程设计和优化提供依据。
复杂边界条件下的圆柱壳自由振动特性分析主要涉及到两方面的问题：边界条件的确定和求解方法的选择。
对于边界条件的确定，一般有两种情况：一是边界固定的情况，即圆柱壳的边界处完全固定，不能发生位移；二是边界自由的情况，即圆柱壳的边界处可以发生位移。
在实际工程中，边界条件常常是复杂的，因此需要根据具体情况确定边界条件。
确定边界条件后，可以利用合适的数学模型进行求解。
在求解方法选择上，常用的方法有两类：解析方法和数值方法。
解析方法是指通过解析公式求解圆柱壳自由振动的特性。
这种方法适用于边界简单、材料均匀、形状规则的圆柱壳，可以得到准确的解析解。
当边界条件复杂、材料非均匀、形状不规则时，解析方法往往难以求解。
此时，可以采用数值方法进行求解，主要包括有限元法、边界元法、模态超元法等。
这些方法可以将复杂问题离散化为简单问题，通过数值计算得到近似解，具有较高的计算精度和适用性。
复杂边界条件下圆柱壳自由振动特性的分析是一个复杂而有挑战的问题。
需要根据具体情况确定边界条件，并选择合适的求解方法。
通过对圆柱壳自由振动特性的分析，可以深入了解圆柱壳的振动行为，为工程设计提供科学依据，具有重要的理论和应用价值。
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析复杂边界条件在工程领域中是一个常见的问题，尤其是在圆柱壳自由振动特性分析中。
圆柱壳是一种很常见的结构，在各种工程中都有广泛的应用，比如管道、储罐、压力容器等。
而圆柱壳的振动特性分析对于结构的设计和安全性都具有重要意义。
由于圆柱壳的形状和结构特点，其振动特性受到复杂的边界条件的影响，因此需要对这些特殊情况进行深入研究和分析。
一般来说，圆柱壳的自由振动特性受到以下几个方面的影响：壳的几何形状、材料性质、边界条件、外部载荷等。
边界条件是影响振动特性的关键因素之一。
在工程实际中，圆柱壳的边界条件往往是多种多样的，比如固支、自由支承、剪力支承等，这些边界条件的不同会对圆柱壳的自由振动特性产生显著的影响。
一般来说，我们会采用有限元分析等方法对圆柱壳的振动特性进行模拟和分析。
常见的有限元分析方法在处理复杂边界条件时存在一定的局限性，可能无法准确地反映出圆柱壳在复杂边界条件下的振动特性。
需要结合理论分析和数值模拟等方法，深入研究圆柱壳在复杂边界条件下的振动特性。
对圆柱壳的几何形状和材料性质进行建模，确定壳体的刚度和质量分布等基本参数。
然后，根据实际工程情况确定壳体的边界条件，包括支承方式、剪力支承等。
根据理论分析和数值模拟等手段，对圆柱壳在不同边界条件下的自由振动特性进行分析和计算。
这一步通常需要采用一些专业软件和工程计算方法，比如有限元分析、模态分析等。
对分析结果进行验证和评价，检查是否符合工程实际要求。
如果有必要，还可以进行模拟试验等实验研究，以验证分析结果的准确性和可靠性。
在实际工程中，圆柱壳在不同边界条件下的振动特性可能会呈现出非常复杂的情况。
比如在地震荷载下，圆柱壳可能会发生非线性振动、失稳现象等。
这就需要我们对圆柱壳的振动特性进行更深入的研究和分析，以提高工程设计的安全性和可靠性。
随着计算机技术的不断发展和进步，我们可以采用更加先进的数值模拟方法，比如基于人工智能算法的优化设计、深度学习方法等，来进一步研究复杂边界条件下圆柱壳的振动特性。
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析
复杂边界条件下圆柱壳的自由振动特性分析是研究圆柱壳在特定的边界条件下，在无
外界干扰的情况下自由振动的过程和特性。
圆柱壳是一种常见的结构形式，在各个领域都
有广泛的应用，如工程，航天，海洋工程等。
在进行自由振动特性分析时，需要考虑以下几个方面的因素：
1. 材料特性：圆柱壳的振动特性与材料的特性有关，如材料的弹性模量，密度等。
不同的材料对应的振动模态和频率也会有所不同。
2. 几何参数：圆柱壳的几何参数也会影响其自由振动特性，如壁厚，半径，高度等。
这些参数决定了圆柱壳的刚度和质量分布，进而影响其振动频率和模态。
3. 边界条件：圆柱壳的边界条件包括支持边界条件和约束条件。
支持边界条件是指
圆柱壳的边界如何固定或连接到其他结构上；约束条件是指圆柱壳边界上的位移和应力如
何受到限制。
这些边界条件对圆柱壳的自由振动特性有很大的影响。
4. 模态分析：模态分析是指通过求解圆柱壳的固有频率和振型，来研究其自由振动
特性。
模态分析可以通过解析方法或数值方法进行，其中数值方法如有限元方法是常用的
分析手段。
在进行复杂边界条件下圆柱壳自由振动特性分析时，需要结合实际问题进行选取合适
的模型和方法。
并且需要进行边界条件的合理设定和对结果的准确性分析。
复杂边界条件下圆柱壳的自由振动特性分析是一个复杂而重要的问题，在工程实践中
有重要的实际意义，研究圆柱壳的自由振动特性有助于对其结构特性的认知和动态响应的
预测与控制。
考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析
考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析
韩越洋;朱翔;李天匀;张帅
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2024(43)3
【摘要】充液圆柱壳结构广泛存在于在工程中,在外部激励作用下,圆柱壳会与流体产生耦合振动,且未充满的液面也会产生晃荡,这种耦合振动响应分析在工程中具有重要意义。
提出了一种求解考虑内部液体小幅晃荡的弹性圆柱壳振动响应的半解析法。
首先分别在壳体建立结构坐标系、在自由液面建立液体坐标系,各自用来描述结构及内部液体的运动。
基于Flügge壳体理论建立了圆柱壳的运动控制方程。
将液体视为无黏、不可压缩的理想流体,根据线性水波理论和液体自由表面运动边界条件,得出了内部液体的速度势函数。
通过流固耦合界面的连续性条件,结合坐标变换推导得到流固耦合系统的运动控制方程。
研究了壳体在径向点力激励下振动响应,并得出了对应的液面晃荡响应。
和有限元法对比验证了方法的正确性,然后改变相关参数讨论了考虑内部液体晃荡的弹性圆柱壳振动响应特性。
【总页数】9页(P37-45)
【作者】韩越洋;朱翔;李天匀;张帅
【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院;船舶与海洋水动力湖北省重点实验室;高新船舶与深海开发装备协同创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】O327
【相关文献】
1.部分充液圆柱壳的振动分析
2.考虑流体静压时充液圆柱壳的频散特性分析
3.考虑晃动效应时充液圆柱壳的振动特性
4.基于虚拟质量法的部分充液且部分浸没圆柱壳自振特性分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
部分固定部分自由边界的圆柱壳振动特征的分析
部分固定部分自由边界的圆柱壳振动特征的分析
本文针对固定部分自由边界的圆柱壳振动特征，从理论和实验两个方面出发，进行分析研究。
一、理论分析
1.先，对圆柱壳振动特征的理论分析：圆柱壳的振动特性与其几何形状、刚度和质量有关。
假设圆柱壳的边界条件是固定，自由边界是无限耦合，则固定部分自由边界的圆柱壳的频率可以用下式表示：ω^2=γμ/ρ[1+(μ/2)AC(m,kk)]
其中，γ是膨胀系数，μ是模量，ρ是密度，m和kk是Bessel
函数的参数，A是几何系数。
2.，对无私性圆柱壳振动特征的理论分析：圆柱壳振动系统不仅受外边界条件的影响，而且受内部结构的影响，如无私性的圆柱壳的振动频率可以用下式表示：
ω^2=λμ/ρ[1+(μ/2)AC(m,kk)]
其中，λ是自由度系数，η是结构介质系数。
二、实验分析
1.过扫描电镜和扫描电子显微镜对不同型号的圆柱壳进行结构
分析，为后续实验提供参照。
2.过采用动态分析仪测试其动态力学性能，探究圆柱壳振动特性。
3.具有不同边界条件的圆柱壳进行振动激励实验，得出实验数据，与理论数据进行比较分析。
总之，固定部分自由边界的圆柱壳振动特征的分析，从理论上分
析了圆柱壳的振动特性，实验上测试不同圆柱壳的结构参数，及其动态力学性能的特征，为进一步的圆柱壳结构设计提供参考。
薄壁圆柱壳构件受迫振动的响应特征研究
薄壁圆柱壳构件受迫振动的响应特征研究王宇;罗忠【摘要】针对固支－自由约束条件下受径向谐波激励或径向冲击激励的薄壁圆柱壳构件，开展其受迫振动下的响应特征分析。
首先基于Love壳体理论建立了薄壁圆柱壳构件的动力学模型，然后，根据固支－自由约束条件特点，采用轴向梁函数和周向三角函数组合的振型函数以及振型叠加法，获得了考虑粘性阻尼的薄壁圆柱壳模态坐标振动方程，进而求解受径向谐波激励或冲击激励的振动响应。
通过一个具体算例，进行了不同位置上的响应幅度与相位的变化分析，并对比了模态阻尼比和激励力幅值对响应幅值的影响。
%The forced vibration response characteristics of a clamp-free cylindrical shell under radial harmonic excitation force or radial impact excitation force were analysed.A dynamic model of thin cylindrical shell was constructed according to Love’s shell theory.Taking damping into account,the dynamic equations were solved based on the modal superposition method and the vibration equations in modal coordinates were acquired,so as to get the vibration response results when the cylindrical shell was subjected to radial harmonic excitation force or radial impact excitation force. Through a specific example,the variation of response amplitudes and phases at different locations of the cylindrical shell was analysed and the influences of different modal damping ratio and different excitation force on the responses were discussed.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】6页(P103-108)【关键词】薄壁圆柱壳;响应特征;谐波激励;冲击激励【作者】王宇;罗忠【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110819; 辽宁科技大学机械工程学院，辽宁鞍山 114051;东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】O241.82;O327Forced vibration response characteristics of thin cylindrical shellKey words:thin cylindrical shell; response characteristics; harmonic excitation; impact excitation薄壁短圆柱壳通常是指轴向半波数等于1，且壁厚与其他最小特征尺寸(直径、长度)之比在1/80和1/5之间的圆柱筒体[1]。
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析
复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析一、引言圆柱壳在工程结构中具有广泛的应用，其在静态载荷下的受力性能较为清晰，但在动态载荷下的振动特性分析则相对复杂。
特别是在考虑复杂边界条件下的自由振动特性时，需要对圆柱壳的动力学行为进行深入研究。
本文旨在探讨复杂边界条件下圆柱壳的自由振动特性，为工程结构设计和振动控制提供理论参考和技术支持。
二、圆柱壳的振动理论分析1. 圆柱壳的振动方程圆柱壳的振动方程可以通过Kirchhoff假设和能量法得到，一般可表示为：∇(D∇w)+ρhw=ρh∂^2w/∂t^2w为壳体的位移场，D为弹性模量矩阵，ρ为壳体的密度，h为壳体的厚度，t为时间。
上式描述了圆柱壳在动态载荷下的振动行为，是分析圆柱壳自由振动特性的基础方程。
圆柱壳的振动模态是指圆柱壳在自由振动过程中的振型和振频。
振型是指圆柱壳在振动过程中的形态和位移分布，而振频则是指圆柱壳振动的频率。
在复杂边界条件下，圆柱壳的振动模态可能会受到外界约束和影响，因此需要对其进行深入研究和分析。
3. 圆柱壳的边界条件圆柱壳在振动分析中需要考虑的边界条件包括支撑条件、约束条件和扰动条件等。
具体来说，圆柱壳的自由振动特性受到其边界条件的影响，当边界条件发生变化时，圆柱壳的振动模态和振频也会相应发生变化。
考虑复杂边界条件下的圆柱壳振动特性对于工程结构设计和振动控制具有重要意义。
在实际工程中，圆柱壳的支撑条件可能是复杂多样的，例如固定支撑、弹性支撑和自由支撑等。
不同的支撑条件会对圆柱壳的自由振动特性产生显著影响，因此需要对不同支撑条件下的圆柱壳振动特性进行研究和分析。
扰动条件是指圆柱壳在振动过程中受到的外界力和扰动，包括环境扰动和动力载荷等。
在实际工程中，圆柱壳可能会受到复杂的外界扰动条件，因此需要对圆柱壳在扰动条件下的振动特性进行深入研究。
1. 理论分析方法理论分析方法是指通过建立数学模型和方程进行圆柱壳振动特性的分析，包括有限元方法、模态叠加法和波动法等。
圆柱壳自由振动特性分析方法研究[1]
![圆柱壳自由振动特性分析方法研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2eb25f1f5f0e7cd1842536ae.png)
第28卷 第1期 应 用 力 学 学 报 V ol.28 No.1 2011年2月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Feb. 2011来稿日期：2010-06-02 修回日期：2010-10-20第一作者简介：杨毅，男，1976年生，西安交通大学机械结构强度和振动教育部重点实验室，博士生；研究方向——航天结构声振耦合。
E-mail: irongreat@文章编号：1000- 4939(2011) 01-0059-05圆柱壳自由振动特性分析方法研究杨毅 魏光涛 阎桂荣(西安交通大学 强度与振动教育部重点实验室 710049 西安)摘要：对传统解析法进行了改进，直接将复特征根代入边界条件构造了特征方阵；并基于圆柱壳Flugge 模型推导了位移形式的传递函数矩阵。
在此基础上对比了改进的解析法、传递函数法、有限元法和实验方法获得的两端自由边界条件下圆柱壳的固有频率和模态。
研究结果表明：改进的解析方法其特征方阵表达式简单且易于实现；同时通过与有限元和实验方法的对比，验证了改进解析法和位移形式传递函数矩阵的正确性；传递函数法相对于传统解析法对舍入误差敏感，可以通过增加字长的方式进行改善。
关键词：圆柱壳；Flugge 模型；传递函数法；有限元；模态实验 中图分类号：O32 文献标识码： A1 前 言在航天和船舶等工程领域，圆柱壳作为结构的基础部件，其振动特性受到相关研究人员广泛关注。
自上世纪50年代开始，各种分析方法大量涌现，其中常用几类方法有：解析法(如：传统解析法和传递函数法)、半解析法(如：瑞利里兹法)、有限元法。
传统解析法[1-2]根据特征方程获得特征根，然后由边界条件确定特征方阵，根据特征方阵行列式为零确定固有频率。
为回避复数运算，传统方法常采用三角函数和自然指数函数描述位移，这使得特征方阵表达式非常复杂。
对此本文直接将复特征根代入边界条件构造特征方阵，使得特征方阵表达式极大简化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Flugge方程，以两端固定、两端简支、一端固定另一端 自由和两端自由四种常见的边界条件为基础,考察了 边界条件变化对振动频率的影响，并通过放松或增加 某一方向上的约束,讨论了不同方向约束的单独影响。 Caresta等［10］研究了低频下两端简支圆柱壳的自由振
PANG Fuzhen， PENG Dewei， LI Haichao， TIAN Hongye， SHAN Yanhe
(Colleae of ShipbuildinaHarbinUniversity，Harbin 150001 , China)
Abstract: The vibration characteristics of cylindricel shells ara studied by a semi analyticel method. Firstly，based on tha theoiy of reeional eneray decomposition and the Reissner-Naghdt s ener thci shell theory, a cylindricel shell structura was diviCed inte several shell segments alon. the radial direction，and the solution model of the cylindricel shell siaueiuaeundea.eneaa8boundaayeondoioonswasdeaoved.Thedosp aeemenituneioon otiheeyondaoea8she8siaueiuaewas expanded byChebyshevdeieamonaniand Fouaoeaseaoes， and iheLeasi]squaaeaesoduasweaeoniaodueed ioeomonaie eompuiaioona8onsiabooiy.Fonay， ihetoaeed vobaaioon eha aa eie aos ioes o tihe ey ond aoea8she 8s iau eiu ae we ae ana yzed， and iheeoaeeinesotihemeihod wasveaotoed bytonoieeemenisomu aioon eaeu aioons.Theontueneeotboundaayeondoioons and ehaaaeieaosioesoteyondaoea8she8siaueiuaeson ihetoaeed vobaaioon ehaaaeieaosioesoteyondaoea8sheswassiudoed.
壳在沿壳体的母线方向将其分解为若干子壳段，并推导出适合一般边界条件下圆柱壳的求解模型&其中,柱壳结构的位
移函数采用Chebyshev行列式和傅里叶级数进行展开，并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性&对柱壳结构进行受
迫振动特性分析，并通过与有限元仿真计算结果对比验证了该方法的正确性,研究了边界条件和结构参数的改变对圆柱
(2014M552661);海军预研基金;哈尔滨工程大学博士研究生科研创 新基金(HEDGIP201801) 收稿日期：2018 -04 -19 修改稿收到日期：2018 -05 -22 第一作者庞福振男，副教授，博士生导师，1980年生 通信作者彭德炜男,硕士生，1994年生
向冲击瞬态响应的一个圭寸闭解析解。Leissa⑷采用壳 体理论对圆柱壳进行了系统深入分析,为解析法求解 圆柱壳振动问题奠定了基础& Qu等［5〕提出一种新的 方法，即基于区域分解的方法，研究了力激励下变截面 圆柱壳自由振动及力激励下响应特性。Pang等依 据Figge薄壳理论建立振动分析模型，采用Jacobi-Rite 法分析了均厚度以及变厚度圆柱壳、球壳等组合壳体 结构的自由及受迫振动特性。
第38卷第16期
振动与冲击 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
Vol. 38 No. 16 2019
圆柱壳结构受迫振动特性分析
庞福振，彭德炜，李海超，田宏业，单衍贺
(哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001)
扌商 要：利用半解析法研究了圆柱壳的振动特性&基于区域能量分解法和ReimneoNahdm s线性薄壳理论，将柱
壳受迫振动特性的影响。
关键词：圆柱壳;区域能量分解;受迫振动;边界条件
中图分类号：TB123；TB52
文献标志码：A
DOO: 10.13465/j. cnki. jvs. 2019. 16. 002
Foeed vibation characteristics analysis of a cylindricai shell structhrr
Key woUs : cylindacel shell ； reeionai eneray decomposition ； forced vibration ； boundara condition
柱壳结构广泛应用于航空航天、船舶、土建、机械 等工程领域，在其实际工程应用中将不可避免受外界 激扰力作用，因此开展柱壳结构强迫振动特性研究具 有重要意义。在此方面，Rayleigh［1］对光圆柱壳的拉伸 振动和弯曲振动进行了研究，给出了无限长假设圆柱 壳在真空环境中的自由振动固有频率计算公式。 Chastoforou等［2］利用解析法分析了两端简支圆柱壳在 径向冲击载荷的振动响应问题。Huang等［3〕给出了基 于Kirchhoff-Love假设的有限长两端简支圆柱壳体受横
基金项目：国家重点研发计划课题(2016YFC0303406 )；总装预研基金 (6140210020105);工信部高技术船舶重大创新专项课题;国家自然 科学基金(51209052)；工信部高技术船舶项目；中央高校基本科研
业务费资助项目(HEUCFD1515 ； HEUCFM170113);中国博士后基金