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．     

电流变体在结构工程振动控制中的应用研究

电流变体是智能材料系统中重要的驱动器材料之一.本文首先简单回顾了电流变体及其工程应用的研究现状,对含电流变体复合材料的研究进展进行了综合论述,并系统分析了电流变体在土木工程结构振动控制领域应用的2种类型：即电流变体阻尼器和将电流变体直接埋置到基体砂浆中做成复合构件.在此基础上,系统总结了利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料结合制成智能悬臂梁结构的试验和理论研究进展,包括：电流变体复合于砂浆材料中的可行性和工艺,采用瞬态激振法测定智能复合梁结构频率随电场强度的演化规律,利用分析裂纹梁动态响应的方法对含电流变体的砂浆悬臂梁振动模型的模拟,并提出了今后研究应重点解决的问题.     

含电流变体砂浆复合悬臂梁结构的振动分析

直接将电流变体埋置在砂浆梁中制成智能复合悬臂梁结构 ,用锤击法测定其在不同电场强度下整体结构的自振频率 ,对频率随电场强度的变化规律进行了实验研究。结果表明电场强度对第一、二阶频率影响比较明显。同时 ,利用一种以线弹簧模型为基础的分析裂纹梁动态响应的新方法对这种复合结构进行了数值分析 ,得到的解析解与实验结果比较一致。该研究为电流变体在实际工程结构振动控制领域的应用奠定了实验和理论基础     

裂纹对工艺装备梁结构模态特性的影响

基于断裂力学理论和振动学理论推导了裂纹梁在受剪力和弯矩条件下的应力强度因子,并给出了梁结构在分别含有单边裂纹和双边裂纹情况下的柔度系数计算公式;结合振动微分方程,分析了裂纹对悬臂梁振动特性的影响.结果表明:不论是单边裂纹还是双边裂纹,裂纹位置和裂纹深度对悬臂梁固有频率的影响趋势是相同的,但悬臂梁的固有频率对不同裂纹类型的敏感程度并不相同,当裂纹深度相同时,单边裂纹梁和双边裂纹梁固有频率的差值最高可达1705倍.     

直裂纹悬臂梁系统阻尼特性分析

以裂纹悬臂梁系统为研究对象,基于ANSYS软件采用梁单元、平面单元和接触单元,建立了一个直裂纹梁有限元模型.利用接触单元模拟裂纹的呼吸效应,并通过与文献测定的固有频率对比验证了模型的有效性.基于所提的模型,分析了冲击激励与正弦激励下,摩擦对系统振动特性的影响;在忽略摩擦的情况下,分析了系统阻尼比及固有频率随裂纹深度和裂纹位置的变化规律.研究结果表明:裂纹处的界面摩擦对系统振动影响不大,阻尼比在一定的程度上可以作为诊断裂纹程度的依据.     

部分浸入水中弹性支承Timoshenko梁动力特性

研究了部分浸入流体中自由端具有集中质量块的等截面弹性支承Timoshenko悬臂梁横向振动的固有频率和振型特征.考虑梁横截面转动和剪切变形以及集中质量块引起轴向压力的影响,建立了支承处弹性水平位移约束和转动约束耦合情形下悬臂梁横向自由振动的数学模型.由于集中质量块的惯性力和惯性矩,此模型的边界条件与振动频率相关.推导了Timoshenko梁的频率方程和振动模态的广义正交条件.数值研究了集中质量块质量、转动惯量、质心距以及弹簧刚度系数等参数对Timoshenko悬臂梁固有频率的影响.数值结果表明：由于横截面转动和剪切变形效应的影响,相比于Euler-Bernoulli梁模型,Timoshenko梁的固有频率减小,对高阶频率的影响尤为显著;弹簧刚度耦合项的增大将减小梁的固有频率;轴向力的增加将减小梁的低阶固有频率,但对高阶固有频率的影响不大.     

温度影响下压电纤维复合材料梁的自由振动分析

基于轴线可伸长Euler-Bernoulli梁理论,建立压电纤维复合材料梁在热过屈曲构形附近小振幅自由振动的控制微分方程,用打靶法数值求解了两端对称约束边界条件下压电纤维复合材料梁在热屈曲构形附近的小振幅线性自由振动的固有频率.给出了两端对称约束边界条件下压电纤维复合材料梁在热过屈曲构形附近的前三阶固有频率随升温参数的变化规律曲线,并分析了热屈曲前后压电纤维体积分数和电场强度对梁的各阶频率的影响.     

含多裂纹悬臂梁的振动分析

基于Bernoulli-Euler梁振动理论,以等效扭转弹簧模拟裂纹引起的局部软化效应,推导了双裂纹悬臂梁的解析特性方程,提出了识别裂纹参数的"特征方程曲线交点法".通过数值模拟计算,讨论了裂纹位置与裂纹深度对梁的固有频率的影响.应用有限元软件ANSYS对双裂纹悬臂梁进行模态分析,将得到前3阶固有频率作为实测参数,代入双裂纹悬臂梁的特征方程,通过绘制特征方程曲线图,通过交点确定第2条裂纹参数,最后利用数值算例验证了该方法的有效性.     

NiTi-Al金属基复合材料梁固有频率调节特性理论与实验研究

根据Timoshenko梁理论考虑NiTi回复应力作用,建立了NiTi-Al金属基复合材料梁(简称复合梁)的自由振动微分方程,研究了复合梁的固有频率调节特性.对于悬臂梁,NiTi回复应力使复合梁呈压应力状态,造成固有频率降低,在梁长度80mm、NiTi体积分数8%、预应变3%时,温度由20℃升至80℃,固有频率的减小量可达52.1%.对于固支梁,其内部应力状态取决于NiTi回复应力和热膨胀共同作用,使固支梁固有频率增加的最小NiTi体积分数约为20%.最后,利用超声波焊接技术制造了复合梁,通过热模态实验测试了NiTi-Al悬臂梁固有频率随温度变化规律.结果表明,埋入NiTi能有效调节复合梁固有频率,且实验结果与理论计算结果规律一致.     

裂缝梁固有频率分析

结构中裂缝的存在使其局部刚度减小、阻尼增大、固有频率降低，故振动特性随之改变．利用扭曲弹簧模型对裂缝进行模拟，对工程中三种典型裂缝梁(简支梁、自由梁和悬臂梁)的前三阶固有频率的变化率与裂缝位置和深度的关系进行了计算和分析．计算结果表明：裂缝梁的边界条件不同，其振动特性就不同，固有频率的变化规律也不同．因此可以利用振动特性的变化以及固有频率的变化规律来进行损伤识别，为进一步研究无损诊断提供理论依据．