含环向表面裂纹充液圆柱壳的耦合振动特性分析

金超超， 朱 翔， 李天匀， 方 敏

(1. 华中科技大学 船舶与海洋工程学院，武汉 430074； 2. 湖北省船舶与海洋工程水动力学重点实验室，武汉 430074； 3. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240)

充液圆柱壳结构被广泛地应用于石油化工，船舶与海洋工程和土木建筑等工程领域，有大量文献对充液圆柱壳的振动特性进行了研究。Zhang等[1-2]通过波传播法研究了真空中和充液圆柱壳的自由振动特性，并与有限元和边界元方法的结果进行了对比，验证了其准确性。刘敬喜等[3]针对埋地管道研究了充液圆柱壳在弹性介质中的轴对称自由振动特性，其研究表明圆柱壳外围弹性介质会使得圆柱壳固有频率提高。Iqbal等[4]采用波传播法研究了多种边界条件下功能梯度圆柱壳的耦合振动特性。Amabili[5]通过添加虚拟质量的方法处理流体和结构的耦合作用，并采用传递函数法研究了圆柱壳的自由振动。郭文杰等[6]基于能量泛函变分方法和镜像原理，提出了有限浸没深度下圆柱壳振动特性的解析方法。受恶劣工作环境的影响，圆柱壳结构中往往会产生裂纹等损伤，造成安全隐患。裂纹的存在改变了结构的动力学特性，可以根据动力学参数的改变进行裂纹诊断。国内外学者就裂纹结构的振动开展了广泛的研究。由Rice等[7]首先提出的线弹模型已广泛应用于具有表面或内部裂纹的板和壳体的振动分析。Nikpour[8]用线弹簧模型研究了环向裂纹对圆柱壳对称振动的影响。彭凡等[9]基于铁木辛柯梁理论，结合线弹簧模型研究了含裂纹简支梁横向振动特性，并给出了裂纹位置识别方法。……