正交各向异性功能梯度微板的自由振动行为

基于新修正偶应力理论,利用哈密顿原理推导正交各向异性功能梯度Kirchhoff微板的控制微分方程和边界条件,建立微板动力学模型,并利用纳维解法对其进行求解。利用建立的模型,对正交各向异性功能梯度四边简支微板的自由振动和受双向正弦分布横向载荷作用下的弯曲行为进行研究,分析材料各向异性,尺度参数与板厚比以及功能梯度参数对微板挠度、偶应力和前三阶固有频率尺度效应的影响。研究结果表明:应用本文模型求解的微板挠度比经典弹性板理论解的小,而其固有频率比经典弹性板理论解的大;板厚与材料尺度参数比越小,微板挠度、偶应力和固有频率的尺度效应越明显;功能梯度参数对微板挠度、偶应力和固有频率的尺度效应有一定影响;沿2个正交方向的材料尺度参数对微板挠度、偶应力和固有频率的尺度效应影响程度不同。     

正交各向异性功能梯度微板弯曲行为尺度效应

为了研究材料参数沿微板厚度方向呈连续梯度变化的正交各向异性功能梯度微板弯曲行为的尺度效应,基于新修正偶应力理论和Kirchhoff弹性板理论,引入2个正交方向的材料特征尺度参数,将正交各向异性功能梯度微板的应力、偶应力、应变和曲率等基本变量描述为位移分量偏导数的表达式,并根据最小势能原理推导微板的平衡方程和边界条件。利用建立的模型,以材料弹性模量、剪切模量和材料特征尺度参数均沿微板厚度方向呈正弦梯度变化的四边简支微板为例,研究微板在双向正弦分布载荷作用下的弯曲行为,分析材料特征尺度参数与板厚比、材料各向异性和功能梯度参数对微板挠度、正应力和偶应力尺度效应的影响,定量标定考虑尺度效应时正交各向异性功能梯度微板结构的临界几何尺寸参数。研究结果表明:应用本文模型求解的微板挠度和正应力总是小于经典弹性Kirchhoff板模型解;板厚与材料尺度参数比值越小,微板挠度和正应力的尺度效应越明显;功能梯度参数对微板挠度、正应力和偶应力的尺度效应有一定影响;沿2个正交方向的特征尺度参数对微板挠度、正应力和偶应力的尺度效应影响程度不同。     

样条有限点法分析旋转变截面Euler梁弯曲自由振动问题

基于Euler-Bernoulli梁理论,采用样条有限点法建立旋转变截面梁弯曲振动分析新模型.通过沿梁轴线均匀布置一定数量的样条节点对变截面梁样条离散化,采用三次B样条函数对变截面梁的位移场进行插值.考虑截面尺寸变化和旋转离心刚化效应的影响,基于Hamilton原理推导出旋转变截面梁计算模型的总刚度和总质量矩阵表达式,编制程序对旋转变截面梁动力特性进行分析,并建立ANSYS有限元模型进行比较验证.结果表明:本文解答与文献和有限元解答吻合良好,本文模型具有计算精度好、建模效率高、边界条件简单和程序编制方便的优点,可适用于不同边界约束、截面变化率、截面变化类型、旋转角速度和轮毂半径条件下的旋转变截面梁的弯曲自由振动问题.参数分析表明截面变化率和旋转角速度对旋转变截面梁动力特性有重要影响.     

双材料层合梁的弯曲切应力分析

为分析由不同材料组成的任意多层层合梁的弯曲性能,以一矩形截面层合梁为例,采用相当截面法确定了组合截面中性轴的位置,利用静力平衡条件建立任意多层复合材料层合梁横截面上任一点处弯曲切应力的一般公式。在此基础上,进一步推导了双材料层合梁的弯曲切应力计算表达式,表明弯曲切应力在不同材料层沿截面高度分别按二次抛物线变化,并且在结合面处保持连续。通过对双材料层合梁截面优化设计问题的分析,为避免弯曲切应力引起层合梁结合面处的脱层问题提供了设计理论依据。     

旋转内接微梁的动力学建模及稳定性分析

在微尺度领域,材料力学性能存在尺度效应,使微梁动力学性态较传统宏观尺度柔性梁的动力学性态呈现明显不同.对固结于旋转刚环上内接微梁刚柔耦合动力学特性进行了研究,在精确描述微梁非线性变基础上,利用偶应力理论和Hamilton变分原理,在计入微梁由于横向变而引起的轴向变二耦合量条件下,推导出一次近似耦合模.首先忽略微梁纵向变影响,给出一次近似简化模,引入无量纲变量,对简化模做无量纲化处理,分析在非惯性系下内接微梁动力学响应,并与外接微梁进行比较;其次研究尺度效应对内接微梁动力特性影响.研究发现,与外接微梁只存在动力刚化效应不同,内接微梁还存在着动力柔化效应;本文给出了内接微梁无条件稳定临界径长比以及有条件稳定临界转速计算方法;尺度效应使微梁振动频率增大,振幅减小,提高了内接微梁失稳临界转速;随着模态断数增加,内接微梁失稳临界转速减小且有收敛值.     

变截面连续梁动力特性的半解析解法

基于Bernoulli-Euler梁理论,分析了多跨变截面连续梁的动力特性.应用模态摄动基本原理,利用等截面连续梁的模态,将变截面连续梁微分方程的求解转化为代数方程组求解.该方法对于梁的截面函数的连续性要求较少,既适用于截面变化为阶跃形式的梁,也适用于截面函数连续的梁.通过算例分析表明,这一方法可有效地简化计算,同时计算结果具有较高的精度.     

两端具有质量块弹性支撑悬臂梁振动特性研究

文章针对两端具有质量块弹性支撑悬臂梁,基于Euler-Bernoulli梁的基本假设,计入质量块的偏心距和转动惯量的影响,利用Hamilton变分原理建立了悬臂梁的运动微分方程和边界条件,获得了计算梁固有频率的特征方程、振型函数及其正交性条件。数值计算结果表明,考虑尖端质量块的偏心距、转动惯量可提高研究结构共振频率和振型的精确度;通过调整竖向平移弹簧刚度系数、转动弹簧刚度系数及尖端质量块质量,可以改变梁的固有频率和振型形状。     

变截面梁振动固有频率的计算

研究在实际应用中几种最常见的变截面梁的固有频率的计算方法和步骤.利用变系数线性微分方程的通解,在一定的边界条件下得到固有频率的解析表达式,再运用数值计算方法计算出所得频率方程的根,得到精确度较高的固有频率的近似值.     

楔形变截面双模量梁弯曲变形时的解析解

推导出了楔形矩形变截面双模量梁的截面高度表达式,利用静力平衡方程确定了楔形矩形变截面双模量梁弯曲时的中性层位置。采用弹性理论建立了楔形矩形变截面双模量梁的弯曲微分方程,推导出了外载荷作用下梁的挠度表达式。通过算例,讨论了楔度比、长高比、剪切效应对楔形矩形变截面双模量梁弯曲变形时挠度的影响。结果表明:随着楔度比的增大,梁的弯曲挠度逐渐减小;随着长高比的增大,双模量材料简支梁、悬臂梁中点的弯曲挠度均逐渐增大,各向同性悬臂梁的中点弯曲挠度也逐渐增大;对于拉压弹性模量相差较大的双模量材料梁的弯曲挠度计算,用经典材料力学理论计算是不合适的,应采用双模量材料力学理论进行分析计算。     

弹性Timoshenko梁的动力学大挠度问题及应用

对于几何非线性物理线性的Timoshenko梁，引入截面参量，应用Hamilton原理导出了非线性动力学偏微分方程组及广义边界条件。无量纲化后在其平凡解附近展成线性偏微分方程，并以简支梁为例与Bernoulli-Euler的初等假设理论进行了比较，讨论了长细比对梁的动力学特性的影响。应用软土隧道的数值计算，分析了结构动态实验参数与两种理论值的关系。     

静电激励微简支梁吸合电压的尺度效应分析

应用修正的偶应力理论及变分原理推导带有von-Karman非线性的微简支梁的运动方程及相应的边界条件,并分析梁的宽度、高度、长度和极板间距对吸合电压的影响以及相应的尺度效应变化规律.     

体外预应力加固混凝土简支梁的反拱挠度分析

为了在施加预应力阶段准确地计算混凝土梁的反拱挠度,在计算过程中将混凝土梁的抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合抗弯刚度.试验采用6根体外预应力加固混凝土简支梁进行研究,先将混凝土梁加载至一定裂缝宽度,再进行体外预应力加固.在试验过程中发现,从张拉预应力初始阶段到张拉预应力结束,由于混凝土梁裂缝的逐渐闭合,混凝土梁的抗弯刚度是逐渐增大的.通过对混凝土梁的截面分析,将混凝土梁的抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合抗弯刚度,提出了体外预应力加固混凝土简支梁反拱挠度的计算方法,并用试验结果与计算公式的计算值进行了对比分析,结果表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶粘弹性地基上的精确解

基于分数阶微分Zener型粘弹性地基模型,建立动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶粘弹性地基上的运动控制微分方程。利用傅立叶和拉普拉斯变换将控制微分方程简化为代数方程,首先在频率域内得到解答,然后利用傅立叶和拉普拉斯逆变换以及卷积定理将解答再转换回时间域内,得到粘弹性地基上FGM梁的挠度、速度、加速度、弯矩和剪力响应的精确解。最后,计算了冲击荷载作用下弹性地基FGM梁的动态响应,给出了x =0处梁的垂直速度和弯矩的响应曲线,其形状特征和均匀材料梁相同,且材料梯度指标p对结果的影响较小。     

耦合质量对饱和黏弹性土中桩纵向振动的影响分析

基于Biot理论,在频率域内研究了考虑质量耦合效应的饱和黏弹性土中桩的纵向耦合振动特性.采用Novak薄层法得到了饱和黏弹性土的位移、应力等的解析表达式.将桩视为Euler-Bernoulli杆,给出了饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的动力方程.根据桩土连续性条件,得到了桩顶的复刚度表达式.与Novak解进行了对比,并考察了饱和土和桩各参数对桩顶动态刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明:耦合质量项对桩顶复刚度有较大影响;桩土模量比对桩纵向振动特性的影响与桩长径比的取值有关.     

CFRP布加固受弯钢梁试验研究与理论分析

为进一步研究碳纤维布（carbon fiber reinforced polymers,以下简称CFRP）加固钢结构抗弯力学性能,在现有研究的基础上,设计两根试验钢梁,对CFRP布加固钢梁与未加固钢梁进行力学性能对比分析.试验表明：碳纤维加固有效提高了钢梁的承载能力,且对屈服载荷影响更为明显;经加固后的组合钢梁,刚度提高,这是由于当超过屈服载荷时,CFRP布开始承担一部分载荷.另一方面,对加固钢梁进行受力分析,并进行承载力推导.弹性工作阶段,采用截面等效代换方法对加固钢梁进行承载力计算;弹塑性工作阶段,根据塑性铰区位置不同分别对两种受力状态下的加固钢梁进行受力分析与承载能力计算,将试验结果与理论计算对比,吻合良好.     

粘弹性悬臂输流管道在激励力下的稳态响应分析

以Bernoulli-Euler梁模型为基础,建立了粘弹性输流管道的动力学方程。运用Laplace变换对输流管道的运动微分方程进行求解,得到了输流管道在强迫振动下的Green函数解。研究了系统参数对悬臂输流管道自由端稳态响应的影响。结果表明:激励点位置对一阶共振幅值影响较大;随着粘弹性系数的增加,一阶共振频率会持续降低,当粘弹性系数增加到一定程度后,一阶和二阶共振频率开始逐渐融合;质量比对一阶共振幅值影响较大。     

矩形厚梁结构弯曲自由振动精确化方程新形式

本文基于厚板结构振动精确化方程,应用算子代数及其谱分解理论,采用适当的规范条件和满足板条两侧边界条件,首次给出了更为精确化的厚梁结构弯曲振动支配方程.支配方程的总阶数为4阶,即关于横向位移函数的4阶偏微分方程以及相应的广义位移函数F和剪切变形函数f的表达式.分别基于Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁理论绘出了结构内存在的波模频散关系曲线,并与本文得到的厚梁结构内的波模频散关系做了对比,讨论了本文提出的矩形厚梁弯曲振动精确化方程的正确性和适用条件.本文提出的梁结构振动方程可用于厚梁较高频动力学分析与振动控制以及评价现有工程梁理论的适用条件.     

基于摄动法的体外预应力梁基频分析

进行了5根体外预应力全预应力梁的试验,探讨了利用摄动法原理进行体外预应力梁弯曲振动问题的求解.通过理论分析,建立求解体外预应力简支梁的自振频率的微分方程,以普通钢筋砼简支梁的自振频率为基准,利用摄动法原理将其转化为线性方程来求解,简化了计算过程,并将计算结果与有限元分析及试验结果进行了对比分析,结果表明:利用摄动法原理进行体外预应力全预应力梁动力性能的分析是简便可行的.     

直螺栓连接预制综合管廊刚度计算方法

为研究直螺栓连接预制管廊的纵向受力性能,引用隧道纵向刚度计算的纵向等效连续化模型,对其进行改进,使其适用于直螺栓连接的预制管廊,从而得到考虑螺栓预应力影响的纵向等效拉压刚度和弹性弯曲刚度。求得了预制管廊在弹性极限弯矩作用下,截面最大拉应力、截面最大压应力、接头最大变形、接头螺栓最大拉应力和接头螺栓最大变形的表达式。运用所得表达式,结合工程实例参数,分析了管廊截面尺寸、管壁厚度、节段长度和螺栓个数对其受弯矩作用时中性轴的位置和纵向等效刚度的影响程度和趋势。结果表明,管廊抗弯刚度受截面宽高比影响较大;通过增加管壁厚度来提高管廊等效刚度的方法不经济;在满足设计要求条件下,适当增大预制节段的长度和增多连接螺栓数量可以有效提高管廊的纵向刚度,并能够很好的改善管廊截面受力状态,同时不失经济性,为直螺栓连接预制拼装管廊结构的设计合理性和工程适用性提供理论支持。