内嵌流体欧拉梁减振评价及残余振动衰减分析

为了评价内嵌式黏性流体单元自适应减振方法(IVFUM)消减运动柔性结构残余振动的效果,进行了内嵌黏性流体欧拉梁在旋转态下的自适应减振试验,并对试验所测试的残余振动衰减信号进行了处理.针对旋转态下内嵌黏性流体欧拉梁残余振动信号具有刚体衰减转动的慢变信号与柔性结构残余振动快变信号相耦合的特征,提出一种简明、实用和精度良好的减振效果评价体系--单自由度等效阻尼比法,结合非线性最小二乘法对信号进行处理,并编制了相应的程序.信号分析结果可有效地评价结构内嵌黏性流体方式对运动的工程柔性欧拉梁残余振动的减振效果.     

内嵌流体柔性板的流体自适应减振机理数值分析

基于内嵌流体自适应减振理论,对内嵌流体柔性板在一、二阶固有频率定频激励作用下的流体运动减振效果进行了数值研究.通过对内嵌流体柔性板的振动分析,将其转化为活动边界流体动力学模型.对不同模型进行仿真分析,揭示出封闭腔内流体运动的规律以及流体与板的力学相互作用特性,特别是流体运动的峰特征和自适应现象.提出了流体运动能耗量化准则,从能耗的角度阐明了内嵌流体单元运动减振的有效性以及自适应特性,并以此为标准对不同情况下的流体运动减振效果进行了评价.     

在非黏性流体域中微悬臂梁振动的建模与仿真

借用欧拉-伯努利梁理论推导并计算出微悬臂梁在真空中的共振频率，根据非黏性理论经典模型分别计算出微悬臂梁在不同密度的流体中的共振频率.然后在有限元软件ANSYS(16.0)仿真环境下，采用solid45-fluid30和shell63-fluid30两种单元组合建立微悬臂梁在流体域中的三维模型并进行模态分析.最后将仿真结果与相关研究者已发表的实验与理论数据进行对比，在此基础上通过实验来验证新型有限元模型的正确性.通过有限元和实验的方法进一步验证了非黏性流体的密度是影响微悬臂梁共振频率变化的主要因素.     

内嵌自主移动钢球欧拉梁自适应碰撞减振研究

结合内嵌自主移动质量子系统梁/板实验平台的实验结果,对共振激励下的内嵌自主移动钢球欧拉梁自适应碰撞减振系统进行了研究.采用弹簧、阻尼表现碰撞过程中的弹性恢复与能量耗散,将碰撞机制转化为线性弹簧-阻尼模型,并基于赫兹接触理论对相关参数进行了估算.通过分析建立了碰撞的开始与结束条件,以及系统的分段线性动力学控制方程,数值计算结果充分表明了内嵌自主移动钢球自适应碰撞减振的内在机理与有效性.在钢球随机碰撞作用下,梁的振动响应为概周期振动,一阶共振激励下单个钢球的碰撞减振效果为7.5%,二阶共振激励下为6.1%.通过与假定钢球在其他位置实施碰撞减振的效果进行比较,证明了内嵌钢球的自适应碰撞减振特性.     

ER流体性能的仿真研究

应用迭代摄动法讨论了含有ER流体振动系统的非线性频谱，给出了带有ER流体阻尼器梁结构的计算结果，并应用数值积分方法，分析了带有ER流体阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同电场强度和激励频率作用下的位移响应情况。结果表明．系统的刚度和响应的变化可以通过外加电场强度来控制，随着电场强度的增加，响应幅值减小，结构刚度变大。     

ER流体及其在船舶振动控制中的应用

介绍了一种智能材料－ER流体（电流变流体）及其基本特性，并结合ER流体阻尼器的可控阻尼特点，阐述了其在船舶振动控制中的应用，证实了其广阔的应用前景。     

内嵌晃荡液体减振的流固耦合分析

在考虑流体黏性及表面张力作用的情况下,采用分离求解器交错迭代隐式耦合的方法建立了内嵌晃荡减振器的弹性悬臂梁做自由衰减振动或受迫振动的流固耦合物理模型,并对悬臂梁晃荡减振过程进行了瞬态数值计算;结合计算结果与减振理论,分析了内嵌流体导致梁振动衰减的主要原因,认为悬臂梁振动过程中液体受迫晃荡受自由晃荡的影响,其相对位移滞后于梁的振动位移,液体对梁的阻碍冲量大于激励冲量。由此,提出了以振动频率与驻波频率的比值γ来表征自由晃荡,并采用数值模拟方法比较了不同γ下方形容器受迫摇晃的液体作用力,以及晃荡减振器在悬臂梁自由衰减振动中的减振性能。结果表明,γ值越大,单位质量液体的减振效果越明显。该结果可为优化晃荡减振器研究提供参考。     

三维流体诱发振动的理论模型与数值模拟

建立了三维流体诱发振动的理论及数值模型，采用任意拉格朗日-欧拉框架下的三维非定常Navier-Stokes方程组及波动方程组，分别描述了流体的流动及结构振动．流动及振动控制方程组分别采用基于非结构化运动网格上的有限体积法和有限差分法求解．对刚性、受限振动及自由振动的三维圆柱体进行了数值计算．结果表明：圆柱的自由振动基本上为Strouhal型涡诱发振动，即每个截面按“8”字型轨迹运动，且横向振幅远大于流向振幅，计算结果与现有的实验及数值解吻合较好．首次采用流体诱发振动模型对极限环振动模式进行了定量分析，发现在圆柱中间截面附近高频气动力对振动起阻尼作用，而在端面附近气动力与位移间的稳定相位差对振动起激励作用．     

流体横掠波状圆柱的动特性研究

提出了一种可减小流体诱导振动的波状圆柱,并对3种不同表面倾斜度的波状圆柱进行了实验研究.实验在一低速风洞进行,工作段的横截面尺寸为0.6 m×0.6 m,湍流度小于0.2%,雷诺数在2.0×104到5.0×104范围内.实验结果表明:波状圆柱与普通圆柱相比其脉动升力系数较小,具有减小流体诱导振动的作用;流体绕波状圆柱流动的斯德鲁哈尔数等于绕普通圆柱流动的斯德鲁哈尔数,说明波状圆柱的减振并不是通过改变其斯德鲁哈尔周期来实现的.     

拟协调厚薄通用梁、板单元

本文应用拟协调元方法、构造了梁、板的厚薄通用单元．其中，六参数通用梁单元 ＱＣＢ－６和十五参数通用板单元 ＱＣＧＢＰ－１５，具有精度较高，计算量小，通用于两种板（梁）理论的特点，可以提供实际使用．通过八种梁单元的综合分析，讨论了试探函数的选择，对单元性态的影响，并认为，不管应用哪种方法去构造单元，试探函数的选择都是相当重要的问题，既要保证一定的插值精度，又要考虑到函数之间的匹配．本文还给出了数值算例．     

含MR阻尼器的简支梁振动响应分析

基于由粘性阻尼和回滞阻尼组成的阻尼模型,对磁流变(MR)流体的动力学特性进行了研究.应用迭代摄动法讨论了含有MR阻尼器的振动系统的非线性频谱并且给出了带有MR流体阻尼器梁结构的计算结果,并应用Newm ark数值积分方法分析了带有MR阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同磁场强度和激励频率作用下的位移响应情况.结果表明,系统的刚度和响应的变化可以通过外加磁场强度来控制,随着磁场强度的增加,响应幅值减小,结构的刚度变大.     

电流变阻尼器对系统振动的影响

电流变液是一种新型的智能材料,在许多工程问题中都有广泛的应用。利用由粘性和双线性回滞阻尼组成的阻尼模型,对具有电流变阻尼器的振动系统响应特性进行了数值分析,给出了简支梁振动系统的数值例子,并将计算结果与实验结果相比较,证明了这种分析方法的有效性。     

基于传递矩阵法的电流变体-砂浆悬臂梁动态特性仿真

利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料直接复合制成智能悬臂梁结构．调节施加在电流变体上的电压,用瞬态激振的方法测定其在不同电场激励下的自振频率,发现当电场强度超过2kV／mm时,电场变化对复合梁的振动频率有一定的影响,其中对一阶频率的影响最大．在实验研究的基础上,基于传递矩阵法和线弹性断裂力学理论,通过定义等效裂纹深度,建立了含电流变体的砂浆复合悬臂梁的振动模型,并得到理论计算复合悬臂梁频率的特征方程．根据实验数据确定模型的参数,并编制MATLAB程序来模拟含电流变体的砂浆悬臂梁随电场强度变化时自振频率的变化规律．研究结果表明,该模型的模拟值与实验值吻合得较好,说明利用这种方法建立含电流变体砂浆复合结构的振动模型是基本可行的．     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

不可压Navier-Stokes方程的一阶有限元解法

不可压Navier-Stokes方程求解的困难之一在于如何确定压力场并且同时要满足不可压条件.压力项在连续性方程中并不出现,但是却对速度起约束作用.为了解决这一问题,对于粘性不可压流动,提出了以速度和应力为基本变量,不含压力项的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式.采用有限元方法,对于速度和应力进行同阶插值,对于非线性对流项,采用牛顿迭代法进行处理,对于时间项采用后向欧拉方法.基于FreeFem++平台,对两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流进行了数值计算.分别通过和精确解及标准算例的对比,验证了方法的可行性和有效性.采用不含压力项的一阶系统,避免了连续性方程中不合压力项给不可压缩Navier-Stokes方程求解带来的困难.     

自适应动网格在流体-浮体耦合运动中的应用

为了解决流固耦合问题中物体大幅度运动带来的困难,更精确地计算波形变化和物体的受力,用任意拉格朗日-欧拉方法导出了带自由表面的流固耦合运动计算模型.在计算过程中用动网格方法跟踪浮体的运动,并用自适应网格在自由表面附近进行加密.计算了无粘流体、粘性流体中浮体的运动规律,并与理想弹簧-物体振动模型理论解进行了比较,同时计算了浮体在粘性流体中的侧倾振荡.结果表明,在无粘流体中浮体的垂直振荡与理论解符合得较好;在粘性流体中物体的运动为阻尼振动,与实际相符得较好.浮体在粘性流体中的侧倾振荡为阻尼运动,其侧倾角度随时间的增加而减小,在小角度时侧倾振荡与理论解接近.计算结果验证了计算程序的可靠性与精度,为ALE(arbitrary lagrangian eulerian)方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础.     

工程结构粘滞流体阻尼器减振新技术及其应用

介绍了结构控制和消能减振技术的减振机理和减振设计方法，对不同结构构造的粘滞流体阻尼器的耗能原理进行了研究，研制出了一种性能稳定的双出杆型工程结构减振粘滞流体阻尼器，研究表明，研制的粘滞流体阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系，对一栋顶部设置有钢塔的高层建筑实施了减振控制，计算结果表明，流体阻尼器可有效地降低结构在强震和大风下的振动反应，是一种性能良好的消能减振装置。     

复合材料船体板条梁结构的流固耦合振动分析

对液面上的复合材料船体板条梁结构，考虑横向剪切变形的影响以及流固耦合效应，导出结构振动时流体作用力的解析表达式；将板条梁的有水振型展开为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数形式，用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ方法求解．讨论了不同材料时的铺层角度、铺层数目以及流场深度等因素对振动频率的影响．     

热环境中功能梯度材料Euler梁的自由振动

研究功能梯度材料Euler梁在温度场作用下的屈曲和自由振动行为.在精确考虑轴线伸长基础上,建立功能梯度Euler梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.将控制方程的响应分解为热过屈曲静态解和振动解两部分,得到功能梯度材料梁在热过屈曲构型附近小振幅线性自由振动的微分方程.其中,假设功能梯度的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得在横向升温场内两端固定Euler梁的热过屈曲平衡路径以及前三阶固有频率的数值解.分析和讨论梁的材料梯度参数、温度场分布参数等因素对过屈曲变形和振动响应的影响.     

刚性水槽内板状结构在轴向粘性流中的颤振

研究轴向二维粘性流体作用下四跨简支板状梁的自由振动稳定性。基于粘性流理论考虑结构-流体的耦合效应。采用假设模态法建立耦合控制方程。分析系统的颤振临界流速随间隙和板厚的变化规律。结果表明,颤振临界流速随间隙的增大而降低;随板厚的增大而提高。