热环境下硬涂层薄壁圆柱壳自由振动的半解析建模及振动特性分析

来源：振动与冲击杂志2025年第8期北京时间：

作者：郑豪杰，杨建，刘鑫，邓宇，张月yuezhang@ustl

单位：辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁鞍山114051

摘要：借助有限元软件模拟了真实热场情况下圆柱壳在厚度方向的温度分布，再将其与广义Jacobi多项式与Rayleigh-Ritz方法相结合，建立了在稳态热场环境下的硬涂层薄壁圆柱壳复合结构的自由振动半解析模型。以涂敷NiCoCrAlY硬涂层材料的薄壁圆柱壳为例，对其在稳态热场环境下的振动特性进行分析。在不同温度条件下（20 ℃、50 ℃、100 ℃、150 ℃、200 ℃），通过理论计算与有限元结果的对比，验证了该半解析模型的正确性与有效性。同时，探讨了截断数N、不同温度及基体厚度对硬涂层薄壁圆柱壳复合结构振动特性的作用规律。结果表明，当截断数N达到7时，可以获得更为精确的振动分析结果；模态损耗因子随着周向波数的增加而增大，尤其在高温环境下更为显著，而固有频率则随温度升高而降低，且降低速度随着温度进一步升高而加快；随着基体厚度的增加，模态损耗因子呈现出下降趋势，且温度越高下降幅度越大。<br>

关键词：圆柱壳；硬涂层；稳态热场；半解析