基于裂纹等效扭转弹簧模型的裂纹梁振动分析

基于开裂纹的等效扭转弹簧模型,研究了裂纹梁动力特性和动力响应的计算方法.在给出裂纹梁等效抗弯刚度的基础上,建立了一种新的裂纹梁动力控制方程通解的求解方法,给出了具有任意条裂纹Euler-Bernoulli梁振动模态的统一显示表达式.数值分析了简支、悬臂和两端固支裂纹梁的自振频率和振动模态,并研究了简支裂纹梁在集中简谐载荷作用下的动力响应,考察了裂纹条数和深度等对裂纹梁动力特性和动力响应的影响.结果表明:随着裂纹深度和条数的增加,裂纹梁的自振频率减小,且当裂纹较深时,裂纹深度对自振频率的影响更为显著;裂纹梁的模态曲线在裂纹处呈现尖点,其尖点处斜率的改变随裂纹深度的增加而增加,且当裂纹处的弯矩为0时,裂纹对梁的模态和频率没有影响;由于裂纹梁的模态仍满足正交性,因此可采用模态叠加法分析裂纹梁的动力响应.     

简支Timoshenko 黏弹性开闭裂纹梁的弯曲变形

利用蠕变柔量、广义Dirac delta函数及裂纹的张开和闭合条件,建立了黏弹性开闭裂纹梁弯曲曲率与弯矩的关系,并给出了突加均布载荷作用下黏弹性裂纹梁的开闭状态判断条件。最后,通过数值算例,分析了简支Timoshenko黏弹性开闭裂纹梁的弯曲性质。     

纤维增强复合材料加固裂纹黏弹性梁的弯曲变形

考虑裂纹缝隙效应,将裂纹等效为非线性旋转弹簧,假定纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)布与梁紧密粘贴,研究了FRP布加固裂纹标准线性固体黏弹性梁的弯曲行为.在给出FRP布加固裂纹的等效旋转弹簧刚度和FRP布加固黏弹性矩形截面梁弯曲变形控制方程的基础上,利用Laplace变换及其逆变换以及梁弯曲边界条件和裂纹处的连接条件,得到突加均布载荷作用下FRP布加固简支裂纹黏弹性梁弯曲蠕变的解析解.数值分析了碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布含量、梁跨高比以及裂纹位置及其开闭状态等对CFRP布加固裂纹花旗松(Douglas-fir, DF)木梁弯曲蠕变的影响.     

纤维增强聚合物加固黏弹性Timoshenko裂纹梁的弯曲变形

将裂纹的缝隙效应和FRP加固作用等效为黏弹性组合弹簧,推导出Laplace变换域内FRP加固黏弹性裂纹梁的等效抗弯刚度.基于标准线性固体本构关系和Laplace变换,获得了具有任意开闭裂纹数目FRP加固黏弹性梁弯曲的解析解.数值算例说明,AFRP布可有效地削弱裂纹效应,且裂纹梁的变形与跨高比成反比例关系;受AFRP布加固作用影响,裂纹深度和荷载的改变对梁变形的影响并不明显.     

多裂纹梁的动力学分析

裂纹梁的理论动力特性依赖于所采用的裂纹模型是众所周知的.对一种不连续、敞开型的简化梁裂纹模型进行了改进.裂纹两边的刚度减损区域的有效长度在公式上表示为与裂纹的深度相关.对多裂纹梁进行了自由振动和受迫振动分析,并与已有的其他裂纹模型的结果进行了比较.算例表明改进的裂纹模型能给出准确的模态频率和时域响应计算结果,特别是对于刚度减损的有效长度出现交叠的情况.     

斜裂纹转子刚度特性分析

在材料力学和断裂力学的基础上,运用应变能释放率的方法,得出斜裂纹的刚度矩阵.讨论在裂纹全开的状态时,裂纹倾角、轴细长比和裂纹深度对转轴刚度的影响,并对裂纹处于旋转时的开闭情况及相应轴的刚度变化规律进行研究.结果表明:当裂纹处于全开状态时,随着裂纹倾角的增大,裂纹的刚度随之减小,轴刚度的变化随着裂纹深度的增大更加显著;当裂纹处于开闭状态时,随着裂纹深度的增加,轴的刚度不再一直减小,而是有一定规律的波动,即时变特性,此时,轴的耦合振动随之增强,转子的动力特性变得愈加复杂.     

移动荷载下离散粘弹性点支承长梁的有限元分析

研究了单个和多个移动荷载作用下离散粘弹性点支承长梁的动力响应.把长梁、离散的粘弹性支座和移动荷载视为一个系统,利用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统的振动方程组,用Wilsonθ法求解该振动方程组,得到梁的位移时程曲线.举例分析了梁的抗弯刚度、支座的粘弹性特性及移动荷载的速度对梁动力响应的影响.计算结果表明:增大支承点的弹簧刚度、阻尼系数及梁的抗弯刚度都有利于减小梁的动力响应;随荷载速度的提高,梁的动力响应有所增大.图7,表1,参16.     

基于车致振动响应的含分布损伤桥梁结构识别方法

采用Newmark直接积分法和龙格库塔法求解了非线性车桥耦合系统的振动响应,并利用加速度响应灵敏度方法对含裂纹梁结构进行分布类型的损伤识别。文中车辆采用含非线性弹簧的半车模型,桥梁被离散为欧拉梁单元,裂纹引起的桥梁损伤模拟为桥梁局部刚度的线性分布的减少。数值算例表明,在5%噪声情况下,加速度响应灵敏度方法依然可以较准确地识别出桥梁损伤的分布情况。     

基于离散弹簧模型的裂纹梁随机振动分析

将裂纹等效为无质量扭转弹簧,利用广义函数描述裂纹梁的等效抗弯刚度,建立了具有任意开裂纹数目梁挠度振型和弯矩振幅的显式解析通解,并讨论了随机激励下裂纹梁挠度和弯矩功率谱密度及相应方差的计算方法.数值结果表明:本文建立的计算方法与Monte-Carlo模拟结果吻合较好.同时,裂纹深度越大,裂纹梁的挠度和弯矩功率谱密度的峰值越大,其峰值对应频率越小,而裂纹梁的跨中挠度和弯矩的方差也越大.     

内结合圆角处含有裂纹的曲轴动力学模型

建立裂纹曲轴的动力学模型,对裂纹曲轴的非线性动力学进行仿真与分析.针对内结合圆角处出现常见裂纹的曲轴,采用Timoshenko梁单元与裂纹梁单元相结合的方法建立其有限元模型;根据裂纹曲轴运动的特点及工作过程中裂纹开闭的实际情况,提出在旋转坐标系下建立其非线性振动模型.以一四缸发动机的曲轴为例,对含不同深度裂纹曲轴的振动响应进行了仿真计算,对其扭振、纵振及弯曲振动的频谱特性进行分析,提取并总结了裂纹曲轴动力学的一些特征.研究表明,所提出的裂纹曲轴动力学模型简洁且容易实现,裂纹曲轴的动力学特性分析为曲轴裂纹故障诊断奠定了理论基础.     

基于行人动力学模型的人桥竖向动力相互作用

基于行人动力学模型,研究了人-桥竖向动力相互作用。行人动力学模型采用以行人步频和体重表示的刚度-质量-阻尼(SMD)模型,人行桥假定为Euler-Bernoulli梁模型,建立人-桥竖向动力相互作用控制方程。采用状态空间法进行非比例阻尼系统瞬时模态的求解,得到系统的时变频率和阻尼比;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法求解时变控制方程,对比分析考虑人-桥竖向动力相互作用和只在人行荷载作用下人行桥的动力响应。结果表明:考虑人-桥动力相互作用,人行桥自振频率略有降低,阻尼有显著增大;当行人以人行桥的频率行走时,考虑人-桥竖向动力相互作用结构的动力响应比不考虑人-桥相互作用显著降低。     

裂纹转子振动的非线性特性分析

在裂纹转子的非线性特性分析中考虑了裂纹产生对转子两个方向刚度的影响，此为基础在旋转坐标下建立了裂纹转子的非线性动力学模型，裂纹的“开闭”取决于转子振动，不平衡与重力的综合作用，利用数值方法对裂纹转子的拓动响响进行了计算，并根据数值计算的结果分析转子系统振动随不平衡，转速等参数变化的分叉混沌特性，同时，对系统响应描率谱进行计算得出，亚谐波与高次谐波分量可作为识别裂纹的重要特征。     

柴油机曲轴裂纹的扭振动态诊断技术

根据柴油机曲轴裂纹事故的一个实例，提出了一种利用扭振信号在线诊断柴油机曲轴裂纹的方法．给出了一种开闭型柴油机曲轴裂纹的刚度变化模型，并计算了含变刚度曲轴柴油机的扭振响应．同时提出了利用柴油机轴系扭转振动信号的峭度和谐次分析来诊断曲轴裂纹的方法．分析结果表明，这两个诊断参数有效．     

开闭裂纹转子的模型化与动态仿真

基于所建立的开闭裂纹转子系统的非线性动力学模型,对裂纹转子在不同激励参数下的开闭条件进行了预测,并对转子运动轨道和频谱响应进行了动态仿真。对裂纹开闭条件的预测是正确的,同时转子出现裂纹时显示特殊的动力学特性。     

开闭裂纹转子的模型化与动态仿真

基于所建立的开闭裂纹转子系统的非线性动力学模型，对裂纹转子在不同激励参数下的开闭条件进行了预测，并对转子运行轨道和频谱响应进行了动态仿真．结果表明，对裂纹开闭条件的预测是正确的，同时转子出现裂纹时显示出特殊的动力学特性     

开裂钢筋混凝土梁的车致振动研究

为了研究裂缝对钢筋混凝土梁车致振动性能的影响,提出了一种能考虑混凝土呼吸裂缝尖端闭合效应的模拟方法,并采用分离式分析方法编制了开裂钢筋混凝土梁与车辆的耦合振动分析程序,并以开裂的钢筋混凝土简支梁为例进行开裂梁车致振动分析。研究表明:在相同的车辆荷载作用下,钢筋混凝土梁开裂前后的挠度变化趋势相同,但裂缝的存在会使挠度变大。考虑呼吸裂缝的闭合效应后,移动车辆荷载作用下开裂截面刚度呈"U"形变化,开裂混凝土梁会发生亚谐振动,且亚谐振动的频率幅值会随着车辆荷载的变化发生迁移。所提出的混凝土裂缝的变刚度模型能够更加真实地体现裂缝的本质,可以用于开裂混凝土梁的动力分析,发现的开裂钢筋混凝土的亚谐振动现象可为桥梁结构的裂缝损伤的识别提供一种思路。     

移动荷载列作用下多层梁系统的动力响应分析

为研究多层梁系统在任意移动荷载列作用下的动力响应,基于有限傅里叶变换,提出一种求解移动荷载列作用下多层梁系统动力响应的解析计算方法.利用本研究的解析计算方法分析了梁的抗弯刚度、层间阻尼及层间刚度对一跨长32 m的梁-轨系统动力响应的影响,分析结果表明:改变轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼对主梁跨中动力响应的影响可以忽略;随着轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼的增大,轨道的跨中动力响应都缓慢减小;随着主梁抗弯刚度的增大,轨道及主梁的跨中动力响应均显著减小.     

力电冲击荷载下PZT/复合材料梁界面断裂分析

基于非线性有限元方法,对力电冲击荷载作用下PZT/复合材料梁界面断裂进行了研究.通过虚裂纹闭合技术计算了界面裂纹前缘的能量释放率随时间变化的响应曲线,并且采用接触单元防止PZT片和界面裂纹分层前缘的复合材料发生穿透,然后通过比较证明了该求解方法的有效性,最后通过典型算例讨论了压电效应、界面接触、电压、铺层角度和压电材料阻尼对界面动态能量释放率的影响.研究方法和结论对动态工况下PZT/复合材料界面止裂设计具有一定的参考价值.     

裂纹参数对汽轮机叶片振动特性影响研究

为了建立叶片裂纹参数同叶尖振动幅值、频率特征值之间的对应关系,首先分析了裂纹长度变化引起的悬臂梁叶片频率转向和振型转化现象,其次采用接触裂纹有限元模型,讨论了转速对裂纹叶片非线性特性的影响,最后分析了裂纹深度与位移响应值的关系;在此基础上,分析了两种不同实际汽轮机叶片模型,讨论了裂纹深度变化引起的动频、瞬态位移响应等动力学响应的变化规律。研究结果表明:裂纹长度增大会使加悬臂梁叶片出现明显的频率转向、振型转换现象,对于实际汽轮机叶片振型转换现象不明显;随转速增大,裂纹会由不断开合状态转化为持续张开状态;变截面扭转叶片会出现特有的双响应峰现象。     

模拟裂纹的弯曲弹簧模型比较

合适的裂纹模型模拟能够真实反映梁裂纹的力学机理.首先分析了4种模拟裂纹的弯曲弹簧模型,然后以自由梁为例计算了4种弯曲弹簧模型下的固有频率值,并与实验结果进行对比.分析了4种弯曲弹簧模型模拟裂纹损伤的相对误差,结果表明,4种裂纹模型均可靠,能很好地模拟梁的裂纹损伤.弯曲弹簧模型III模拟裂纹的相对误差最小,建议采用此弹簧模型模拟裂纹损伤.