85485 (589834)

Файл №589834 85485 (Triple-wave ensembles in a thin cylindrical shell)85485 (589834)2016-07-29СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла














TRIPLE-WAVE ENSEMBLES IN A THIN CYLINDRICAL SHELL

Kovriguine DA, Potapov AI


Introduction

Primitive nonlinear quasi-harmonic triple-wave patterns in a thin-walled cylindrical shell are investigated. This task is focused on the resonant properties of the system. The main idea is to trace the propagation of a quasi-harmonic signal — is the wave stable or not? The stability prediction is based on the iterative mathematical procedures. First, the lowest-order nonlinear approximation model is derived and tested. If the wave is unstable against small perturbations within this approximation, then the corresponding instability mechanism is fixed and classified. Otherwise, the higher-order iterations are continued up to obtaining some definite result.

The theory of thin-walled shells based on the Kirhhoff-Love hypotheses is used to obtain equations governing nonlinear oscillations in a shell. Then these equations are reduced to simplified mathematical models in the form of modulation equations describing nonlinear coupling between quasi-harmonic modes. Physically, the propagation velocity of any mechanical signal should not exceed the characteristic wave velocity inherent in the material of the plate. This restriction allows one to define three main types of elemental resonant ensembles — the triads of quasi-harmonic modes of the following kinds:

  1. high-frequency longitudinal and two low-frequency bending waves ( -type triads);

  2. high-frequency shear and two low-frequency bending waves ( );

  3. high-frequency bending, low-frequency bending and shear waves ( );

  4. high-frequency bending and two low-frequency bending waves ( ).

Here subscripts identify the type of modes, namely ( ) — longitudinal, ( ) — bending, and ( ) — shear mode. The first one stands for the primary unstable high-frequency mode, the other two subscripts denote secondary low-frequency modes.

Triads of the first three kinds (i — iii) can be observed in a flat plate (as the curvature of the shell goes to zero), while the -type triads are inherent in cylindrical shells only.

Notice that the known Karman-type dynamical governing equations can describe the -type triple-wave coupling only. The other triple-wave resonant ensembles, , and , which refer to the nonlinear coupling between high-frequency shear (longitudinal) mode and low-frequency bending modes, cannot be described by this model.

Quasi-harmonic bending waves, whose group velocities do not exceed the typical propagation velocity of shear waves, are stable against small perturbations within the lowest-order nonlinear approximation analysis. However amplitude envelopes of these waves can be unstable with respect to small long-wave perturbations in the next approximation. Generally, such instability is associated with the degenerated four-wave resonant interactions. In the present paper the second-order approximation effects is reduced to consideration of the self-action phenomenon only. The corresponding mathematical model in the form of Zakharov-type equations is proposed to describe such high-order nonlinear wave patterns.


Governing equations

We consider a deformed state of a thin-walled cylindrical shell of the length , thickness , radius , in the frame of references . The -coordinate belongs to a line beginning at the center of curvature, and passing perpendicularly to the median surface of the shell, while and are in-plane coordinates on this surface ( ). Since the cylindrical shell is an axisymmetric elastic structure, it is convenient to pass from the actual frame of references to the cylindrical coordinates, i.e. , where and . Let the vector of displacements of a material point lying on the median surface be . Here , and stand for the longitudinal, circumferential and transversal components of displacements along the coordinates and , respectively, at the time . Then the spatial distribution of displacements reads

accordingly to the geometrical paradigm of the Kirhhoff-Love hypotheses. From the viewpoint of further mathematical rearrangements it is convenient to pass from the physical sought variables to the corresponding dimensionless displacements . Let the radius and the length of the shell be comparable values, i.e. , while the displacements be small enough, i.e. . Then the components of the deformation tensor can be written in the form

where is the small parameter; ; and . The expression for the spatial density of the potential energy of the shell can be obtained using standard stress-straight relationships accordingly to the dynamical part of the Kirhhoff-Love hypotheses:

where is the Young modulus; denotes the Poisson ratio; (the primes indicating the dimensionless variables have been omitted). Neglecting the cross-section inertia of the shell, the density of kinetic energy reads

where is the dimensionless time; is typical propagation velocity.

Let the Lagrangian of the system be .

By using the variational procedures of mechanics, one can obtain the following equations governing the nonlinear vibrations of the cylindrical shell (the Donnell model):

(1)

(2)

Equations (1) and (2) are supplemented by the periodicity conditions

Dispersion of linear waves

At the linear subset of eqs.(1)-(2) describes a superposition of harmonic waves

(3)

Here is the vector of complex-valued wave amplitudes of the longitudinal, circumferential and bending component, respectively; is the phase, where are the natural frequencies depending upon two integer numbers, namely (number of half-waves in the longitudinal direction) and (number of waves in the circumferential direction). The dispersion relation defining this dependence has the form

(4)

where

In the general case this equation possesses three different roots ( ) at fixed values of and . Graphically, these solutions are represented by a set of points occupied the three surfaces . Their intersections with a plane passing the axis of frequencies are given by fig.(1). Any natural frequency corresponds to the three-dimensional vector of amplitudes . The components of this vector should be proportional values, e.g. , where the ratios

and

are obeyed to the orthogonality conditions

as .

Assume that , then the linearized subset of eqs.(1)-(2) describes planar oscillations in a thin ring. The low-frequency branch corresponding generally to bending waves is approximated by and , while the high-frequency azimuthal branch — and . The bending and azimuthal modes are uncoupled with the shear modes. The shear modes are polarized in the longitudinal direction and characterized by the exact dispersion relation .

Consider now axisymmetric waves (as ). The axisymmetric shear waves are polarized by azimuth: , while the other two modes are uncoupled with the shear mode. These high- and low-frequency branches are defined by the following biquadratic equation

.

At the vicinity of the high-frequency branch is approximated by

,

while the low-frequency branch is given by

.

Let , then the high-frequency asymptotic be

,

while the low-frequency asymptotic:

.

When neglecting the in-plane inertia of elastic waves, the governing equations (1)-(2) can be reduced to the following set (the Karman model):

(5)

Here and are the differential operators; denotes the Airy stress function defined by the relations , and , where , while , and stand for the components of the stress tensor. The linearized subset of eqs.(5), at , is represented by a single equation

defining a single variable , whose solutions satisfy the following dispersion relation

(6)

Notice that the expression (6) is a good approximation of the low-frequency branch defined by (4).

Evolution equations

If , then the ansatz (3) to the eqs.(1)-(2) can lead at large times and spatial distances, , to a lack of the same order that the linearized solutions are themselves. To compensate this defect, let us suppose that the amplitudes be now the slowly varying functions of independent coordinates , and , although the ansatz to the nonlinear governing equations conserves formally the same form (3):

Obviously, both the slow and the fast spatio-temporal scales appear in the problem. The structure of the fast scales is fixed by the fast rotating phases ( ), while the dependence of amplitudes upon the slow variables is unknown.

This dependence is defined by the evolution equations describing the slow spatio-temporal modulation of complex amplitudes.

Характеристики

Тип файла
Документ
Размер
4,05 Mb
Предмет
Учебное заведение
Неизвестно

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6358
Авторов
на СтудИзбе
311
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее