近日，我院石永军教授团队在潜航器动力学计算领域取得阶段性进展，相关成果《一种轴向流动中薄壳频率与动力学分析的轴对称有限元-边界元法》（An axisymmetric FEM–BEM method for the frequency and dynamic analysis of thin axisymmetric shells in axial flow）发表在《Thin-Walled Structures》。该杂志专注于薄壁结构的力学性能、稳定性及优化设计相关研究，涵盖板壳力学、屈曲与后屈曲行为、结构动力学与振动控制、轻质夹层结构、复合材料应用及抗冲击能耗等方向，涉及航空航天、海洋工程、机械制造及土木建筑等工业系统内容，最新影响因子为6.6（SCI二区）。文章第一作者为我院张德春老师，通讯作者为石永军教授，WilliamHill中文官方网站为第一署名单位和唯一通讯单位。该项研究获得了国家自然科学基金，山东省自然科学基金的资助。
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潜航器与流体之间的相对运动显著影响其动力学行为。本文针对浸没于轴向流中的复杂轴对称壳，建立了一种高效且通用的轴对称有限元–边界元（FEM–BEM）方法，旨在系统地研究上述效应。该方法采用圆锥和圆柱壳段对薄轴对称壳进行离散化，通过轴对称单元描述其运动。通过能量法确定单元质量及刚度矩阵，进而构建总体结构矩阵。基于理想流体假设，基于轴对称边界元法计算流体力，并将其转化为等效节点力，从而导出流体附加矩阵和流固耦合方程。随后，分别采用特征值分析和复模态叠加法求解系统的频率与响应。通过与 ANSYS 及微分求积法（DQM）计算结果的对比，全面验证了本方法的准确性。本方法与ANSYS计算结果一致，但计算效率可提升90%以上，并且在非线性动力学计算中更具优势。
基于该方法对简化潜航器模型进行的动力学分析表明：轴向流会降低系统的频率与阻尼，诱导模态耦合现象，并改变动力学响应；且这些影响在低阻尼和低密度结构中更为显著。本文首次提出了流场中复杂轴对称壳动力学特性的计算方法，在潜航器设计及其运动状态下的响应计算中具有重要的应用价值。
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.tws.2026.114601
