含裂纹圆柱薄壳的动态特性研究

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v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。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言：论文的研究意义

1.2国内外发展现状

1.3含有裂纹的圆柱薄壳问题概述

1.3.1结构动力分析方法与有限元分析技术

1.3.2有限单元法

1.4本文的研究内容

第二章含裂纹圆柱薄壳的基本理论

2.1壳体的基本概念与壳体的正交曲线坐标

2.1.1壳体的基本概念

2.1.2壳体的正交曲线坐标

2.2壳体的基本方程

2.2.1壳体的几何方程

2.2.2壳体的内力及物理方程

2.2.3壳体的平衡微分方程

2.3含裂纹圆柱薄壳的断裂分析

2.3.1裂纹及其分类

2.3.2含轴向裂纹圆柱壳的基本方程与摄动解

2.2.3含有环向裂纹圆柱壳的分析

第三章含裂纹圆柱薄壳的试验模态及分析

3.1试验模态分析

3.1.1试验模态分析基本过程

3.1.2试验模态分析的缺陷

3.2试验仪器及方法

3.2.1试验仪器

3.2.2试验的方法：全息照相与全息照相技术

3.3含轴向及环向裂纹的圆柱薄壳实验结果及分析

3.3.1裂纹长度对振型的影响

3.3.2裂纹长度对固有频率的影响

3.3.3结论

3.4含斜裂纹的圆柱薄壳的实验结果及分析

3.4.1斜裂纹较短时的动态特性

3.4.2斜裂纹较长时壳体的振型

3.4.3固有频率的变化

3.4.4结论

第四章含裂纹圆柱薄壳的模态分析

4.1建立含有裂纹的圆柱薄壳的有限元模型

4.1.1建立有限元计算模型

4.2含轴向裂纹的圆柱薄壳的模态的求解结果与分析

4.2.1有限元计算结果

4.2.2结果分析

4.2.3结论

4.3含有环向裂纹的圆柱薄壳的计算结果及模态分析

4.3.1有限元计算结果

4.3.2计算结果分析

4.3.3结论

第五章含裂纹圆柱薄壳的谐响应分析

5.1基本原理

5.2含有轴向裂纹的圆柱薄壳的谐响应分析

5.2.1建立有限元模型，加载并求解

5.2.2计算结果及分析

5.3含有环向裂纹的圆柱薄壳的谐响应分析

5.3.1建立有限元模型，加载并求解

5.3.2有限元计算结果

5.3.3计算结果分析

5.3.4 结论

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表的论文与参加科研情况说明

致谢