不同模量弯曲梁的自由振动

研究了拉压不同模量弯曲梁的自由振动问题.经典弹性理论中弯曲梁主振型函数为连续正弦函数,当引入材料的拉压不同模量性时,其固有频率和主振型函数均发生改变,固有频率将随弯曲刚度的变化而变化,并且由于中性轴在振动过程中发生跳变,使主振型函数成为分段函数,不同模量性越强,这种改变就越大,当拉压模量E =E-时,该分段函数又回到了经典弹性理论上来.     

基于不同梁理论的功能梯度悬臂梁自由振动分析

基于欧拉-伯努利梁、瑞利梁和铁木辛柯梁理论,研究了功能梯度悬臂梁的自由振动问题。在理论分析中采用分离变量法推导出了不同梁理论下功能梯度悬臂梁自由振动的解析解,进而给出了不同跨深比和材料性能梯度变化的悬臂梁前三阶固有频率。将计算结果与ABAQUS有限元模拟结果进行对比,验证了解析解的准确性,并讨论了不同梁理论在功能梯度悬臂梁自由振动分析时的适用范围。结果表明:对于跨深比大于10的细长梁,三种梁理论均适用;而对于跨深比介于5～10之间的短粗梁,铁木辛柯梁理论表现较好;梯度分布指数在0～5之间改变时,材料性质分布形式的变化非常显著,进而导致相应梁的固有频率发生较大变化,可采用改变材料性质梯度分布的方法调控固有频率来避免目标阶次的共振问题。     

用线性振动比拟法研究不同模量梁的冲击问题

把被冲击的拉压弹性模量不同的梁简化为集中质量与轻质弹簧相连接的单自由度弹性系统,使重物对梁的冲击问题转化为重物对具有集中质量单自由度弹性系统的冲击问题,然后采用动力学方程推导出了重物对梁的冲击时间、动载荷系数的函数表达式,克服了能量法仅能给出最大动载荷系数的不足.通过算例分析指出,有关材料力学教材及专著给出的最大动载荷系数公式,仅是动力学方程推导出的动载荷系数函数式的特例.当拉压弹性模量相差较大时,不能把重物对拉压弹性模量不同梁的冲击问题简单地作为重物对单弹性模量梁的冲击问题处理,必须考虑拉压弹性模量不同的因素对梁冲击的影响.     

拉压弹性模量不同材料板的热弯曲及屈曲

为了分析拉压弹性模量不同材料板在热状态下的力学行为,采用弹性理论研究了拉压弹性模量不同材料板的热弯曲及屈曲问题。建立了拉压弹性模量不同材料板在热状态下的弯曲微分方程,推导出了相关板热弯曲的解析解;选取梁函数作为试函数,采用Galerkin原理推导出了热屈曲时的临界载荷,该方法计算结果与有关文献计算结果的误差很小;并讨论分析了长宽比、温度对拉压弹性模量不同材料板热弯曲及屈曲的影响。研究结果表明:拉压弹性模量不同材料四边简支矩形板的中点弯曲挠度随着长宽比的增大逐渐变小,而随着温度比增大拉压弹性模量不同材料四边简支矩形板中点弯曲挠度也逐渐增大;当拉压弹性模量相差较大时,采用单模量弹性理论研究拉压弹性模量不同材料板热弯曲及屈曲是不合适的。     

不同模量功能梯度悬臂梁集中剪力作用下的弹性力学解

利用半逆解法,求解了不同模量功能梯度悬臂梁在自由端受集中剪力作用下的弹性力学解.该模型的拉压弹性模量分别以各自的功能梯度函数进行变化,泊松比为常数.当假定模型的拉压模量均为常数且相等时,该弹性力学解与经典平面梁的解一致.最后依照该方法,对材料为指数形式变化时的功能梯度梁进行了计算,并分析了其相关力学性能.     

双参数弹性地基上双模量梁的频率响应分析

考虑拉压弹性模量不等情况,建立双模量梁的欧拉-伯努利梁的振动微分方程,并在此基础上考虑双模量梁在双参数地基上的自由振动,建立其在弹性地基上的振动微分方程.由振动方程得到其特征方程,利用微分求积法离散处理后,调用Matlab中的eig函数得到系数矩阵的特征值,进而得到弹性地基上梁在等模量情况下和双模量情况下的固有频率.     

不同拉压模量弹性地基梁的解析解

采用拉压不同模量理论,推导了不同模量弹性地基梁的解析解.研究得到的解析解拓展了经典力学理论,并且当拉压模量相同时,该解可以退化到经典理论解.将结果与经典力学同模量理论比较表明:研究得到的解析解能很好地考虑了拉压不同模量效应.为此,合理设计材料的拉压模量比值,可以显著的改变地基梁的弹性特征值、内力及挠度值.该理论遵循材料实际的力学行为,在实际工程设计中大大提高了材料的利用率,达到节约能源的目的,具有重要的工程意义.     

拉压不同模量横力弯曲梁的算法

对于处在平面复杂应力状态下的横力弯曲梁,当引入拉压不同模量后,结构内力计算成为非线性问题;对拉压不同模量横力弯曲梁提出计算假定,推导单元中和轴公式并构造了算法;通过实例计算对比分析不同模量与经典力学相同模量两种方法计算结果的差异,提出对该类结构计算的合理建议以及利用不同模量对结构进行优化的结论.     

不同结构超声波电机振动特性解析

根据梁的振动基本理论,寻求适合不同结构超声波电机的振动理论与振动方程,分析了环形和柱体两类超声波电机的振动特点、固有频率及主振型.研究得出:分析计算不同结构超声波电机的振动特性应采用不同的振动理论.伯努利欧拉梁理论可以用来估算大直径环形行波型超声波电机的振动特性,但计算柱体行波型超声波电机的振动特性时必须采用铁木辛柯梁理论.     

用材料力学方法研究不同模量梁的弯曲变形

为得到不同模量梁弯曲正应力及挠度的实用计算公式,采用材料力学方法分析复杂外载荷下的不同模量梁的弯曲变形,将材料力学方法得到的计算结果与弹性理论方法得到的计算结果进行比较。研究结果表明:用材料力学方法研究不同模量梁的弯曲变形不但计算精度较高,而且计算过程也简便,克服了弹性理论存在一题一解及计算过程复杂繁琐的缺陷;不同模量梁的剪切形状因子与不同模量材料的拉压弹性模量有关,而各向同性材料梁的剪切形状因子与材料的弹性模量无关。     

谱元法研究周期变截面梁振动带隙特性

以周期变截面梁为研究对象,采用谱元法研究结构的带隙特性。基于铁木辛柯梁理论,从梁的波动方程出发,推导出与频率有关的插值函数,得到梁结构的刚度矩阵,再整合得到整体结构的动力学刚度矩阵。通过对结构单胞的整合,得到整体结构的动力学方程。基于周期结构的频域响应,研究其带隙特性。通过有限元模拟和振动实验,验证了谱元法计算结果的正确性。此外,分析了阻尼和结构几何尺寸变化对带隙的影响。本文研究内容拓宽了谱元法的应用领域,同时为周期结构在工程中的应用提供参考依据。     

谱元法分析周期变截面梁振动带隙特性

以周期变截面梁为研究对象,采用谱元法研究结构的带隙特性。基于铁木辛柯梁理论,从梁的波动方程出发,推导出与频率有关的插值函数,得到梁结构的刚度矩阵,再整合得到整体结构的动力学刚度矩阵。通过对结构单胞的整合,得到整体结构的动力学方程。基于周期结构的频域响应,研究其带隙特性。通过有限元模拟和振动实验,验证了谱元法计算结果的正确性。此外,分析了阻尼和结构几何尺寸变化对带隙的影响。研究内容拓宽了谱元法的应用领域,同时为周期结构在工程中的应用提供参考依据。     

剪切变形与转动惯量对超声波电机振动特性的影响

从梁的振动基本理论出发,寻求适合不同结构超声波电机的振动理论与振动方程,分析和计算了环形和柱体两类超声波电机的振动模态和固有频率,研究了剪切变形与转动惯量对超声波电机振动特性的影响.结果表明:估算大直径环形超声波电机的振动特性可采用伯努利欧拉梁理论;计算柱体超声波电机的振动特性时,必须考虑剪切变形和转动惯量的影响,即应采用铁木辛柯梁理论.     

拉压模量不同弹性物质的本构

几乎所有的材料都在拉或压时表现出不同弹性模量的特性,挖掘各种材料这种特性的潜力、研制新型材料,已成为新的研究方向.对具有拉压不同弹性模量特性的材料,如果沿用经典弹性理论来进行分析计算就会引起大的误差.运用应变不变量原则,给出了均匀各向同性拉压模量不同的弹性物质的一种新的本构方程,提供了一种在求解拉压模量不同的弹性问题的迭代过程中更为方便的形式.     

缺陷周期性高架桥的能带

基于铁木辛柯梁理论建立周期性高架桥对地震波动力响应的计算模型,研究高架桥在地震波作用下的能带.根据梁和墩的传递矩阵及梁-梁-墩(BBP)接头处的连接条件建立了高架桥单跨的传递矩阵.在此基础上,确定缺陷周期性高架桥的能带.结果表明,周期性高架铁路在地震荷载作用下,通常会发生面内振动和面外振动.其中面内振动包括墩与梁的轴向振动和面内弯曲振动,面外振动包括墩与梁的扭转振动及面外弯曲振动.周期性结构的能带包括通带和禁带,其中通带是指特征波波数虚部很小的频率区间,而禁带则指特征波波数虚部较大的频率区间.     

用单自由度系统研究双模量变截面梁的冲击

研究了重物对双模量等高变截面梁的冲击问题.把被冲击的双模量等高变截面梁简化为一集中质量与无重弹簧相连接的单自由度弹性系统,使重物对梁的冲击问题转化为重物对具有集中质量单自由度弹性系统的冲击问题,然后采用动力学方程推导出了重物对梁的动载荷系数、冲击时间的函数表达式,克服了能量法仅能给出最大动载荷系数的不足.通过算例分析,指出有关文献给出的最大动载荷系数公式,仅是动力学方程推导出的动载荷系数函数式的特例.当拉压弹性模量相差较大时,不能把重物对双模量等高变截面梁的冲击问题简单处理为重物对单模量等高变截面梁的冲击问题,必须要考虑拉压弹性模量不同因素对双模量变截面梁受冲击的影响.     

不同模量石墨简支梁的弹塑性分析及试验研究

石墨烯是一种强度最大、具有拉压不同弹性模量的材料.石墨是石墨烯的原材料,由于其良好的耐辐照性能,广泛地应用于国防核工业,研究石墨的不同模量力学特性正在成为一种新的研究趋向.实验测试了MSL82型号石墨的力学行为,证明并得到石墨材料的拉压不同模量比值.同时建立了不同模量弯曲梁的弹塑性分析理论模型.通过与测试数据的比较,验证了模型的准确性.研究表明:不同模量石墨梁在弹性阶段,中性轴的位置偏向下方受压侧,但不随荷载变化;拉压模量比对截面的应力分布影响很大,减小拉压模量比,可减小最大拉应力;而增大拉压模量比,则可以减小最大压应力.进入塑性阶段后,随着外荷载的增加,中性层的位置上升,最终的位置由拉压屈服极限的比值决定;随着截面的塑性发展,拉压模量比对截面应力分布的影响逐步减小,但对应变的影响仍然较大.因此,可通过改变拉压模量比来控制截面的最大拉压应变.     

拉压弹性模量不同厚壁球壳的弹性解析解

由于很多均匀压力作用下的厚壁球壳都是拉压弹性模量不同材料制成的,所以采用弹性理论研究了均匀压力作用下的拉压弹性模量不同厚壁球壳的变形问题,推导出了拉压弹性模量不同厚壁球壳的应力公式.利用拉压弹性模量不同厚壁球壳的应力公式并结合奠尔强度理论确定了拉压弹性模量不同厚壁球壳的壁厚.算例分析表明,对于均匀压力作用下的拉压弹性模量不同厚壁球壳的计算,采用拉压弹性模量不同弹性理论更为合理.     

拉压不同模量弹性问题

拉压不同模量弹性体具有材料非线性特征, 不同模量本构关系受到材料本身及结构各点的应力、应变状态等因素的综合影响. 总结了近年来对不同模量本构关系的研究工作, 阐述了多种形式的不同模量弹性问题有限元求解方法的改进, 简述了拉压不同模量问题解析法取得的研究成果, 并介绍了不同模量理论中尚待解决的问题.     

悬臂闭孔泡沫铝板的非线性振动实验研究

为了研究闭孔泡沫铝板的非线性振动特性,首先采用电子散斑干涉技术对3个孔隙率相同的悬臂闭孔泡沫铝板共振模态进行了测量,获得了前14阶离面共振激励频率和相应的模态振型,并基于欧拉-伯努利梁模型及1阶弯振频率测量值计算得到闭孔泡沫铝的动态弹性模量.然后对相同孔隙率的闭孔泡沫铝静态单轴压缩力学行为进行了实验研究,测得了其静态压缩弹性模量.实验结果表明:由于闭孔泡沫铝存在大量不规则孔洞结构,导致其振动响应具有明显的非线性,表现为同一振动模态对应于数个谐振激励频率,是典型的超谐振.另外,基于振动分析得到的泡沫铝动态弹性模量是静态压缩弹性模量值的2倍多,这与泡沫铝是拉压双弹性模量材料有关.