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含裂纹圆柱薄壳的动态特性研究

申道明  
【摘要】: 圆柱薄壳结构在工程实践中被广泛地应用在飞机、火箭、潜艇的主体结构,也是机械、化工等其它工程方面的常用结构元件,由于在实际使用的构件中存在各种结构缺陷,这些缺陷往往表现为宏观或者微观的裂纹。由于裂纹的存在不仅导致了在裂纹附近出现应力集中,使结构的刚度与强度降低,而且会使圆柱薄壳的动态特性发生变化,一方面会影响到圆柱薄壳类零件的使用寿命,另一方面也会影响到整个设备的安全,引发巨大的安全事故与财产损失。因此,有必要对含有裂纹的圆柱薄壳进行动力特性分析。本文采用试验与有限元软件ANSYS计算相结合的方法对含有不同长度的轴向及环向裂纹的圆柱薄壳进行动态特性分析。 本文的主要工作为: 1、介绍有限单元法; 2、介绍含有裂纹圆柱薄壳的基本理论,通过微元分析建立壳体的几何方程、物理方程以及平衡微分方程,建立含有轴向与环向裂纹的圆柱薄壳的基本方程; 3、通过激光全息法对含有轴向、环向及45°方向不同裂纹长度的圆柱薄壳的试验模态及固有频率分析; 4、对含有不同长度的轴向与环向裂纹的圆柱薄壳进行有限元计算其固有频率及其振型,得出其振型与固有频率与裂纹长度变化的关系,即裂纹长度对圆柱薄壳动态特性的影响; 5、含有不同长度的轴向与环向裂纹的圆柱薄壳的谐响应分析,主要考虑在y方向上的简谐激振力的作用下,含有轴向与环向裂纹的圆柱薄壳的位移-频率响应与应力-频率响应。 通过对以上各种情况的计算,,得出了裂纹长度对圆柱薄壳动态特性影响的规律,为含有裂纹的圆柱薄壳的动态特性的研究提供理论依据和相关数据,同时也为其它含有裂纹的构件的动态特性分析提供了分析的方法与思路。


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