黏弹性Winkler地基梁的振动特性分析

运用复模态分析研究了有限长黏弹性Winkler地基梁的振动特性,得出简支边界条件下的复频率方程和复模态函数表达式．通过具体算例,分析了黏弹性Winkler地基梁的固有频率和模态函数的特征,以及梁的刚度系数和地基黏性系数对固有频率和模态函数的影响．     

基于特征解的有限弹性板中声表面波的二维分析

通常认为声表面波(Rayleigh 波)在无限大弹性板中具有不同的振动模态. 确切地说, 在板中具有代表对称和反对称模态的并以指数形式衰减和增长的成对模态出现. 随着板的厚度的增加, 这些成对出现的模态在叠加后将接近半无限弹性体中的表面波模态, 当然也具有表面波的变形和速度特征, 但在弹性板的表面却有着较大的变形. 将有限弹性体表面波的二维理论加以扩展, 在展开函数中除了熟知的指数衰减项外还考虑了指数增长项, 从而建立了有限弹性板中表面波分析的二维理论. 利用这些新的方程, 研究了不同厚度弹性板中表面波指数衰减和增长型模态的耦合. 发现对于厚度较小的弹性板, 这两组模态是强耦合的, 在分析中予以全部考虑也就显得非常重要. 当弹性板的厚度增加到一定程度, 如大于5个波长时, 只用厚度衰减模态就可以分析表面波的振动模态, 从而可以极大地简化弹性板中表面波分析的二维方程组.     

黏弹性地基上欧拉梁的横向自由振动

研究了黏弹性三参数地基上有限长欧拉梁的横向自由振动.给出了简支边界条件下的频率方程和模态方程,进而推导出模型地基梁的固有频率和模态函数的解析表达式,提供了精确计算任意一阶频率和模态的简便方法.在具体算例中,运用推导出的公式能方便地计算出低阶和高阶频率的精确值,避免了以往数值方法带来的计算误差.同时通过具体算例分析了不同物理参数对黏弹性地基上欧拉梁的振动特性的影响.     

黏弹性流体中柔性丝线拍动的数值模拟研究

采用格子波尔兹曼方法结合有限差分方法求解黏弹性流体的运动方程,非线性有限元方法求解柔性丝线的运动方程,浸没边界法处理流固耦合,数值求解了柔性丝线在均匀来流中因流固耦合作用产生的自由拍动问题.通过与牛顿流情况的对比,重点考察了流体弹性效应对丝线拍动特性的影响.计算结果发现,对于流体弹性效应较弱的情况(We20),柔性丝线从稳定(静止)模态过渡为周期性拍动模态的临界质量比随着We数的增加显著增大;而对于弹性效应较强的情况(We20),临界质量比随着We数的增加渐近地趋于一常值.另外还发现,当质量比给定时,拍动丝线的阻力系数、拍动幅值和拍动频率均随We的增加而减小.以上发现表明,流体弹性效应的增强对丝线拍动和尾迹流动失稳脱涡具有明显的抑制作用.     

横向补给系统高架索横向振动研究

考虑了集中质量对系统动力学行为的影响,基于弹性力学理论,建立了海上横向补给系统高架索的横向振动的连续体理论模型.利用Galerkin方法对高架索系统振动的偏微分方程进行模态离散,忽略高阶模态影响,得到了高架索系统的标准非线性动力学控制方程.利用多尺度方法对动力学方程进行渐近分析,研究结果表明高架索横向振动除了受高架索张力影响外,同时还受集中质量大小、位置等因素的影响.     

螺旋杆结构中弹性导波频散特性研究

为获取弹性导波在螺旋结构中的传播规律,建立了螺旋坐标系下的弹性力学基本方程,得到了螺旋结构中半解析有限元形式的弹性波频散方程.频散计算结果验证了在钢绞线外层螺旋圆杆中弹性导波的L(0,1),T(0,1)和F(1,1)等模态存在频率截止,并进一步计算了圆柱螺旋弹簧和螺旋天线结构的频散中的相速度和能速度曲线.结果表明:a.不同螺旋结构的频散曲线中普遍存在着频率截止和模态分支现象;b.所推导的螺旋坐标系下的弹性力学方程可以满足对螺旋结构的弹性导波频散分析计算;c.钢绞线外层螺旋圆杆的弹性导波能速度频散曲线在中间频段部分与直杆上频散曲线的对应频段部分的特征相近,圆柱螺旋弹簧与同旋绕比的圆环结构之间的能速度频散特征相近;d.不同螺旋天线的结构形式差别较大,其弹性导波频散特性须要根据具体结构特点作具体分析.     

超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性分析

发展了有限元分析方法,对超音速环境中梯形复合材料层合板的气动热弹性问题进行了研究。考虑可压缩流和斜激波的影响,采用一阶活塞理论来表示气动压力。针对复合材料层合板的不规则结构,以及由于气动加热而产生的复杂温度分布,利用有限单元法,建立梯形复合材料层合板的热传导方程和气动热弹性耦合运动方程。通过热传导方程得到板的温度分布,再结合气动热弹性运动方程分析梯形板的气动热弹性特性。通过数值计算,研究了气动加热和铺设角对超音速下梯形板的固有频率和模态的影响。     

超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性

发展了有限元方法,对超音速环境中梯形复合材料层合板的气动热弹性问题进行了研究。考虑可压缩流和斜激波的影响,采用一阶活塞理论表示气动压力。针对复合材料层合板的不规则结构,以及板由于气动加热而产生的复杂温度分布,利用有限单元法,建立梯形复合材料层合板的热传导方程和气动热弹性耦合运动方程。通过热传导方程得到板的温度分布,再结合气动热弹性运动方程分析梯形板的气动热弹性特性。通过数值计算,研究气动加热和铺设角对超音速下梯形板的固有频率和模态的影响。     

一类不确定系统的保性能变结构控制

针对一类不确定系统,提出了保性能变结构控制器的设计方法,首先设计了一个切换面,利用状态变换和线性矩阵不等式给出了滑动模态的存在条件和算法,使得滑动模态不仅渐近稳定而且满足给定的性能指标.其次利用模糊逻辑系统的万有逼近性能,设计了一种变结构模糊控制律,该控制律能使空间任意点出发的系统状态都在有限时间内到达切换面并渐近到达原点.最后,一个仿真例子说明了所给方法的有效性和可行性.     

一种内贴片式压电泵的结构设计与理论分析

针对无阀压电泵的输出压力小的问题,提出了一种内贴片式无阀压电泵.压电泵采用螺纹配合结构,由压电振子和螺杆组成,其中压电振予包括金属基体和压电陶瓷片.压电振子通过交流电信号形成旋转弯曲运动,与外部衬套配合形成可移动空腔运输液体.首先进行了模态理论分析,构建了水环境下的流固耦合运动方程.接着利用有限元软件对压电振子进行了模态分析.结合频率一致性和相邻干扰模态设计要求,对压电振子的结构参数进行优选.对压电振子的湿模态进行了仿真分析.结果 表明:与空气条件下相比,水环境下的振动频率较低,下降了343.7 Hz和326.4 Hz,并且频率一致性更差,这为后续压电泵研究分析打下了基础.     

一种耦合算法的三维弹性空腔声振特性分析

针对三角形单元边界适应性强、位移插值简单、自由度低的特点,利用面积坐标构造了平板三角形单元位移插值函数,以对平板进行了动力学建模分析。此后,为了对三维弹性空腔声振问题进行较高精度的数值分析,弹性板采用三角形单元进行离散处理,而声腔域使用了在声学问题上具有精度高的光滑有限元方法建模。充分考虑结构和声场的耦合作用,建立了该类结构声振分析的一种新模型,并分析了弹性空腔声振特性。通过数值计算对比表明,这种耦合模型计算规模较小、计算结果精确,可进一步应用于形状更复杂的三维弹性空腔声振特性分析中。     

周期多孔结构的Steklov弹性特征值问题的多尺度渐近分析

本文针对周期多孔结构的Steklov弹性特征值问题发展了一种多尺度渐近分析与计算方法,通过对特征函数进行二阶双尺度渐近展开,依次推导得到了一阶单胞函数、材料等效弹性系数、均匀化弹性特征值问题及二阶单胞函数.该多尺度渐近模型的特点是均匀化特征值出现在控制微分方程中而不在孔洞边界上.通过对特征值进行二阶渐近展开并利用校正方程思想,本文得到了特征值的一阶与二阶校正表达式,给出了多尺度特征值的误差估计.最后,基于多尺度渐近展开模型本文进行了有限元计算.数值算例结果显示了多尺度分析在预测Steklov弹性特征值与特征函数的有效性及二阶校正的必要性.     

用激光扫描测振仪测定石膏悬臂梁动弹性模量

为了获得拱坝动力模型试验所用石膏的动弹性模量,首先通过数值方法(有限单元法)计算得到石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率,再通过激光扫描测振仪对试件进行试验模态分析,测得石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率.将由数值方法和试验模态分析分别得到的第一阶固有频率,通过反演方法得到石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量.试验结果表明:石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量与静弹性模量相比,提高了约25.8％.     

地震作用下重力坝非线性振型响应的耦合性分析

以结构初始弹性振型为基向量,将地震荷载向量展开为振型荷载的组合。以Koyna重力坝为例,采用混凝土损伤塑性模型和非线性时程分析法,计算各振型荷载引起的大坝非线性响应。取地震加速度峰值为0.5g,给出了Koyna、El Centro实测地震波和1种人工地震波作用下大坝前5阶振型荷载引起的坝顶位移响应。结果表明,非线性情况下,坝顶位移响应依然由与荷载分布相同的振型分量主导,重力坝振型响应具有弱耦合性。     

颗粒阻尼对封闭空腔内场点声压影响的试验研究

首次研究了颗粒阻尼对封闭空腔内场点声压的影响。通过推导声压的计算公式,揭示了声压与模态振型之间的联系。通过某轿车车身简化缩小模型的模态试验,研究了其模态振型的构成。并通过在此封闭空腔的低阶振型内相对位移较大的面上布置颗粒阻尼,降低了此封闭空腔内参考点的声压。结果显示,相比无颗粒阻尼,当颗粒阻尼安装于此封闭空腔的第一阶模态振型内相对位移较大的面上时,封闭空腔内参考点的A计权声压级降低程度最大,由104.56 d B降至101.03 d B,下降了约3.4%。     

直线振动筛随机结构模态频率分析

振动筛在制造、安装等环节中不可避免地存在随机因素.本文基于随机结构模型对直线振动筛结构进行随机模态分析,给出了模态频率变异性的统计描述方法,研究了随机结构参数(橡胶弹簧弹性模量及密度、钢材弹性模量及密度)对振动筛模态频率的影响规律.结果表明:一阶矩意义下,橡胶弹簧弹性模量随机时对结构前三阶模态频率均值影响大,钢材密度随机时对结构高阶模态频率均值影响大;二阶矩意义下,橡胶弹簧弹性模量随机引起的前三阶模态频率相对其均值的动态偏离大,钢材弹性模量及密度随机引起的高阶模态频率相对其均值的动态偏离大;橡胶弹簧密度随机时对模态频率影响很小.对模态频率变异的灵敏参数分析得出:橡胶弹簧弹性模量随机时对低阶频率(前三阶)的相对均差系数及变异系数影响最灵敏.钢材弹性模量随机对高阶频率变异系数影响最灵敏,钢材密度随机对高阶频率的相对均差系数影响最为灵敏.     

双齿辊破碎机破碎辊的振动分析

破碎辊的振动影响着破碎机运行的稳定性,因此必须对破碎辊的振动问题进行研究。首先根据转子系统中常见的刚性圆盘模型、弹性轴模型和弹性支承模型建立了破碎辊的理论模型;并求得了破碎辊的运动方程。其次,在ANSYS中建立了破碎辊的有限元模型并进行模态分析,将模态分析结果与解析解比较,验证了破碎辊的有限元模型的正确性。最后,根据破碎辊的工作状况和模态分析结果,确定了破碎辊的振动主要是由单个齿环与物料的冲击作用引起。     

锭子弹性支承刚度对其临界转速的影响

采用传递矩阵法分析计算了一种新型双弹性支承纺纱锭子的临界转速,作出了锭子临界转速与支承动刚度参数关系曲面,并采用模态测试方法验证了锭子计算模型及结果。其方法和结果对于锭子以及纺织工程中的其他高速转子的弹性支承优化设计具有实际的参考价值。     

基于均匀化方法的土工格栅等效本构关系研究

土工格栅在岩土、交通、水利等工程中发挥着重要作用.将土工格栅与土看做一种广义复合材料,选取恰当的代表单胞,采用基于周期结构多尺度渐近分析的均匀化技术,建立了预测弹性等效本构参数的数值计算模型.利用该模型,可方便合理地考虑各组分材料性质、尺寸对宏观等效弹性参数的影响,从而为土工格栅等效弹性参数的试验研究及土工格栅的设计提供有益的理论参考,其思路也可推广于格栅与土体宏观等效蠕变本构特性的预测.     

钢拱桥自振模态多因素敏感性分析

<正>常运营中的桥梁结构,总会受到车辆荷载、环境因素等的影响,导致结构性能发生不同程度的退化.桥梁结构的模态参数是反映结构性能的重要指标,研究影响模态参数的各因素对结构模态的敏感程度,是评估结构性能的重要途径.本研究以一钢拱桥为例,采用有限元软件Ansys建模,对结构进行自振模态分析,并选取影响结构模态的5个材料参数进行分析计算,比较各参数对结构模态频率的敏感性.结果分析表明,5个材料参数对结构模态频率的敏感性各不相同,拱肋弹性模量敏感性最强,对结构高阶、低阶模态都有影响;吊杆弹性模量模态敏感性最弱;材料密度和弹性模量对模态频率的影响正好相反.