兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240761-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0761
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吴洪瑞1, 高国华1, 邵东1,*(), 梁伟阁2, 李池2, 孙宁泽1
收稿日期:
2024-09-02
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
WU Hongrui1, GAO Guohua1, SHAO Dong1,*(), LIANG Weige2, LI Chi2, SUN Ningze1
Received:
2024-09-02
Online:
2025-05-07
摘要:
随着复合材料圆柱壳在导弹发射、潜艇船舶等工程领域中的广泛应用,随机载荷引起的随机振动逐渐成为其动力学设计优化的重要考虑要素。使用1阶剪切壳理论和Hamilton原理构建壳体的运动控制方程,并通过人工虚拟弹簧施加边界条件,结合虚拟激励法与回传射线矩阵法,分离出广义解向量中的非齐次激励方程,推导出基底加速度和随机载荷激励下的统一矩阵列式,以完成对复合材料圆柱壳的随机动力学解析建模及求解。将计算的平稳/非平稳随机响应结果与有限元仿真进行比较,证明新解析模型的有效性。在此基础上,开展了一系列针对功率谱的工程算例,揭示了壳体厚径比、正交各项异性比以及铺层数量对圆柱壳随机振动响应的影响。
中图分类号:
吴洪瑞, 高国华, 邵东, 梁伟阁, 李池, 孙宁泽. 复合材料圆柱壳随机动力学解析建模及分析[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240761-.
WU Hongrui, GAO Guohua, SHAO Dong, LIANG Weige, LI Chi, SUN Ningze. Stochastic Dynamic Analytical Modeling and Analysis for the Composite Cylindrical Shells[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240761-.
边界 | 刚度矩阵 |
---|---|
自由(F) | diag(0,0,0,0,0) |
简支(S) | diag(0,1015,1015,0,1015) |
固支(C) | diag(1015,1015,1015,1015,1015) |
弹性(E) | diag(Ku,Kv,Kw,Kφx,Kφy) |
表1 不同边界条件及刚度矩阵
Table 1 Different boundary conditions and stiffness matrices
边界 | 刚度矩阵 |
---|---|
自由(F) | diag(0,0,0,0,0) |
简支(S) | diag(0,1015,1015,0,1015) |
固支(C) | diag(1015,1015,1015,1015,1015) |
弹性(E) | diag(Ku,Kv,Kw,Kφx,Kφy) |
边界条件 | 阶数 | 本文方法 | FEM | 误差/% |
---|---|---|---|---|
[1,1] | 86.28 | 86.53 | 0.29 | |
[1,2] | 341.04 | 341.36 | 0.09 | |
C-F边界 | [1,3] | 703.33 | 702.91 | 0.06 |
[2,1] | 718.99 | 717.24 | 0.24 | |
[2,2] | 791.00 | 789.25 | 0.22 | |
[2,3] | 921.35 | 919.77 | 0.17 | |
[1,1] | 251.46 | 251.66 | 0.08 | |
[1,2] | 577.51 | 577.58 | 0.01 | |
C-S边界 | [1,3] | 917.17 | 917.04 | 0.01 |
[2,1] | 710.88 | 709.13 | 0.25 | |
[2,2] | 762.01 | 760.14 | 0.25 | |
[2,3] | 873.05 | 871.30 | 0.20 |
表2 不同边界条件固有频率对比
Table 2 Comparison of natural frequencies under different boundary conditionsHz
边界条件 | 阶数 | 本文方法 | FEM | 误差/% |
---|---|---|---|---|
[1,1] | 86.28 | 86.53 | 0.29 | |
[1,2] | 341.04 | 341.36 | 0.09 | |
C-F边界 | [1,3] | 703.33 | 702.91 | 0.06 |
[2,1] | 718.99 | 717.24 | 0.24 | |
[2,2] | 791.00 | 789.25 | 0.22 | |
[2,3] | 921.35 | 919.77 | 0.17 | |
[1,1] | 251.46 | 251.66 | 0.08 | |
[1,2] | 577.51 | 577.58 | 0.01 | |
C-S边界 | [1,3] | 917.17 | 917.04 | 0.01 |
[2,1] | 710.88 | 709.13 | 0.25 | |
[2,2] | 762.01 | 760.14 | 0.25 | |
[2,3] | 873.05 | 871.30 | 0.20 |
类型 | 参数 | g(t) |
---|---|---|
类型Ⅰ | B=4 α=0.0995 β=2α | g(t)=B(e-αt-e-βt) |
类型Ⅱ | α=0.2 tb=1.5s tc=15s | g(t)=<inline-formula/> |
类型Ⅲ | t0=0.0004s t1=t2=12.2s B=0.0744g α=0.413 β=0.552 | g(t)=<inline-formula/> |
表3 非平稳随机响应的3种调制函数
Table 3 Three types of modulated functions for the nonstationary stochastic vibration responses
类型 | 参数 | g(t) |
---|---|---|
类型Ⅰ | B=4 α=0.0995 β=2α | g(t)=B(e-αt-e-βt) |
类型Ⅱ | α=0.2 tb=1.5s tc=15s | g(t)=<inline-formula/> |
类型Ⅲ | t0=0.0004s t1=t2=12.2s B=0.0744g α=0.413 β=0.552 | g(t)=<inline-formula/> |
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