流固耦合条件下的薄壳壁面冲击效应与位移响应求解方法

The shock vibration mechanism and recognition methods of thin shells under liquid-solid coupling conditions are with important scientific values and wide engineering prospects. To address the above issues, the project is to accomplish the following innovative research works. A liquid shock dynamic model of thin shell is set up based on the shear stress transport turbulence model and moving particle semi-implicit method, and the liquid shock wall effects and sound radiation characteristics are researched. According to the Flügge shell stress theory, a multi-end forced vibration model for thin shell is built up, and the displacement response solution method for the axial variable is proposed. The characteristic vectors for shell displacement response are constructed, and the essential relations between the vectors and vibration waves are revealed. Based on the above works, the calculation instances and recognition methods for thin shell liquid shock are developed, which not only can provide solutions for the liquid-solid state recognition of thin shell with complex mechanical constraints, but can offer theoretical references to the matters of composite structure health monitoring, thin shell component characteristic optimization design and structural defect precise detection in the areas of petro-chemistry, pipeline transportation, aeronautics/astronautics and naval engineering.

流固耦合条件下的薄壳振动产生传播机理与状态识别具有重要的科研价值与较好的工程应用前景。针对上述问题，本项目拟开展以下创新性研究工作：建立考虑剪切应力输运与移动粒子冲击的薄壳流固耦合动力学模型，研究薄壳流体冲击壁面效应与声场辐射特性；基于弗留盖薄壳应力理论，建立多点受迫条件下的薄壳振动模型，提出面向轴向变量的位移响应求解方法；构建面向薄壳位移响应的特征向量，揭示薄壳位移特征向量与振动波传播之间的本质关系，提出薄壳在流固耦合冲击条件下的状态识别方法。本项目拟取得成果可为复杂机械约束条件下的薄壳流固状态识别提供解决方案，也可为石油化工、管道运输、航空航天、船舶舰艇等领域所涉及的组合结构健康监控、薄管构件性能优化设计、结构缺陷精确定位等技术与系统的研发提供理论依据与技术参考。

流固耦合条件下的薄壁管壳广泛应用于航空航天、船舶舰艇、石油化工等重要工程领域，在其制造、使用过程中，由于各种机械约束的存在，致使基于频率响应的振动检测法受到较大限制。位移响应受机械约束影响较小，能够提供比频响更加直观、丰富的元数据，但由于其理论建模、求解、测量难度较高，当前鲜有此方面的研究报道。本项目以此问题为切入点，旨在研究薄壳流固耦合壁面冲击效应与位移响应求解方法，可为上述领域的理论研究与技术开发提供有益参考，具有较好的科研价值与实际意义。.针对上述目标，本项目所开展的创新性工作与重要结果如下：.(1) 理论方面，建立考虑剪切应力输运与移动粒子冲击的薄壳流固耦合动力学模型，得到了薄壳流体冲击壁面效应与声场辐射特性；基于弗留盖薄壳应力理论，建立多点受迫条件下的薄壳振动模型，提出了面向轴向变量的位移响应求解方法；构建面向薄壳位移响应的特征向量，揭示了薄壳位移特征向量与振动波传播之间的本质关系。上述成果可为薄壳流固耦合冲击振动动力学理论体系的丰富与完善提供重要支撑。.(2) 技术方面，针对典型工业原型对象，给出了复杂机械约束条件下薄壁管壳流固耦合振动响应计算实例；根据管壳位移响应特征向量分析结论，提出了管壳振动信号识别简化算法，实现在不可见条件下的管壳自身及耦合流体状态的在线识别；研发了薄壳流固耦合冲击振动检测实验平台与检测系统，可为相关工业领域所涉及的复合壳体结构健康监测、精密管壳构件制造与检测、重要压力容器故障诊断、封闭舱体结构缺陷定位等相关技术与应用系统的开发提供直接技术依据。