考虑阻尼的变刚度薄壁杆件动力稳定

采用有限单元法，研究有阻尼条件下，受轴向周期性动力荷载作用的变 刚度薄壁杆件动力稳定问题。承受轴向周期性变化外荷载的薄壁杆件，其非线性几何刚度矩阵随着轴向外荷载的变化而改变，即本质为变刚度薄壁杆件的动力稳定性问题。用有限单元法离散变刚度薄壁杆件，通过公式变换，将有阻尼条件下变刚度薄壁杆件的振动方程，转化为Mathieu方程。同时应用Matlab程序，设计语言编制程序求解。通过算例求得变刚度薄壁杆件可能发生的、相应于弯曲振动、扭转与翘曲耦合振动的动力不稳定区域。指出由于薄壁杆件的动力不稳定区域具有连续的激发区域，阻尼的增加并不能绝对地抑制振幅无限增长。对薄壁杆件的共振，以及动力不稳定的参数激发振动进行分析比较，指出它们表现形式虽然有相似之处，却是完全不同的两种振动形式。提出防止薄壁杆件动力不稳定的发生，比防止薄壁杆件的共振更复杂。在许多情况下，通用的减振和隔振方法，对于参数激发振动的动力不稳定是无效的。     

地下冷库中弹性支座杆件的动力稳定性分析

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题,通过推导杆件的临界频率和动力不稳定边界,分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响,研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好,阻尼对杆的振动起有利作用,并分析了地下低温冷库建筑中杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题.     

圆弧浅拱面外动力稳定性实验研究

对称作用于拱结构的周期性荷载,一般来说,只引起拱面内的对称振动,然而在一定的条件下可能引起很大振幅的面内反对称振动以及面外对称振动,这是拱结构由于参数共振引起的动力失稳问题。本文针对圆弧浅拱平面外动力稳定问题,基于激振实验,利用APS系列激振器模拟拱顶单点简谐激励,采用BK测振系统测定圆弧拱横向振动响应,测得结构自振模态与阻尼比,通过往返不断扫频方式获得动力不稳定域边界,并与理论结果进行了对比分析,探究了其在周期集中荷载作用下的动力侧倾失稳机理,研究结果表明:当外部激励荷载频率约为结构2倍自振频率时,结构出现激烈的横向参数共振,并且只有外激励幅值大于临界激发力时才会发生参数共振,而阻尼条件的存在影响着临界激发力的大小,外激励幅值越大,参数共振现象越容易发生,该文验证了圆弧浅拱面外动力不稳定域计算结果的准确性,研究成果为拱结构的动力稳定设计提供了一定的参考价值。     

具有两个对称轴的开(闭)口薄壁杆件弯曲和约束扭转振动的单元动刚度分析

本文对具有两个对称轴的开(闭)口薄壁杆件在弯曲和约束扭转振动的情况下对单元的动刚度进行分析,应用薄壁杆件在无分布力偶作用下时约束扭转的静变形曲线作为形函数求出杆单元的动能及应变能表达式,从而得出杆单元的刚度矩阵和惯性矩阵。     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

斜梁在热作用下的动力特性

根据弹性稳定理论及Galerkin原理研究了斜梁在热状态下的动力特性问题，并讨论分析了温度、长细比、梁截面形式、倾斜角、荷栽、阻尼力对斜梁动力稳定性的影响，研究表明，在热效应下杆件的倾角、长细比、梁截面形式、振动荷载对斜梁的动力特性影响较大，而杆件的阻尼力则影响较小，可忽略不计．并提出在实际工程中如何减小振动的相关措施，可供工程结构动力分析与设计参考．     

薄壁箱梁剪力滞动力特性的有限段法

以薄壁杆理论和有限元法为基础,提出了薄壁箱梁考虑剪力滞效应自由振动特性分析的有限段法。以剪力滞动力微分方程齐次解作为梁段单元的位移模式,利用能量泛函变分原理,导出了梁段单元的刚度矩阵和质量矩阵。通过矩阵组合,将箱梁自振频率转化为广义特征值问题,获得了振动频率和相应振型,并与有限元法和解析解的计算结果做了比较。研究表明:薄壁箱梁剪力滞效应将降低箱梁的自振频率,随着箱梁宽跨比和自振阶数的增大,对自振频率的影响更显著。     

啮合刚度及阻尼对人字齿轮振动特性的影响研究

为研究啮合刚度和阻尼对人字齿轮振动特性的影响,建立了人字齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,推导出相应的运动微分方程,利用Matlab求解获得了系统的动态响应。结果表明,齿轮啮合线上的振动加速度和轴向振动加速度大于齿轮横向振动加速度,是引起齿轮振动和噪声的主要原因。啮合刚度对横向、轴向和啮合线方向振动均有影响,刚度波动量主要影响横向和啮合线方向的振动,啮合阻尼主要影响啮合线方向上的振动。故增大啮合刚度、减小刚度波动量或增大阻尼可有效降低人字齿轮传动的振动和噪声。     

任意截面形状的薄壁杆件弯曲和约束扭转振动的单元动力矩阵分析

本文考虑了任意截面形状薄壁杆件的截面形心和扭转中心并不重合这一事实,指出了薄壁杆件的扭转振动与两个主惯性平面内的弯曲振动是耦合的。并以梁的弹性曲线方程和薄壁杆件约束扭转的静变位曲线方程为形函数,导出了任意截面形状薄壁杆件弯曲和约束扭转振动的单元刚度矩阵和单元一致质量矩阵,     

变截面框架结构分析

本文推导了变截面杆件的单元刚度及荷载作用下的固端力．用有限元法编制了电算程 序，可用于变截面框架结构计算．     

薄壁钢管混凝土构件固有振动特性研究

根据钢管混凝土构件的变形特点，首次构造了钢管混凝土单元．这种单元具有以下特点：单元为一维杆梁单元；可以考虑钢与混凝土两种材料的组合；适合于薄壁结构的内力与变形；单元的截面可以变化；轴线可以是曲的．并利用此单元对一定数量的薄壁钢管混凝土构件进行了分析，获得自振频率和模态等固有振动特性．     

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。     

薄环板与扁薄锥壳组合结构在横向载荷作用下的非线性振动

从弹性壳体的无量纲控制方程出发,研究了一类薄环板与扁薄锥壳组合结构在横向均布载荷和温度载荷作用下的大挠度非线性振动问题.采用打靶法对周边固定的问题进行了数值求解,分析和讨论了组合结构的固有频率与外载荷、锥底和环板半径比例、扁壳锥度的非线性关系以及结构刚度的变化.     

饱和土中变截面大直径桩纵向振动理论解和数值解对比分析

基于饱和多孔介质理论,对饱和土中变截面大直径桩的纵向振动特性进行研究。首先根据饱和土动力控制方程,得出大直径桩侧土体复刚度,桩底采用黏弹性支承,再将桩身按变截面分段,采用能考虑横向惯性效应的Rayleigh-Love杆模型建立大直径桩的动力方程。结合初始条件、边界条件和连续条件,利用阻抗递推法求解变截面大直径桩-土动力方程耦合方程得出桩顶频域解析解,通过卷积定理和逆傅里叶变换得出桩顶速度时域半解析解。然后利用ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,将数值解和理论解在桩身存在软硬夹层、变截面以及变截面段桩的长度和位置变化等情况进行了对比分析,利用数值计算解验证了理论计算模型的正确性。     

高强超薄壁冷弯型钢屋架承载性能及设计方法研究

基于三榀厚度小于2 mm、屈服强度550 MPa的高强超薄壁冷弯型钢屋架模型结构的承载力试验,观测这类低层住宅建筑常用屋架结构的破坏模式,得到其极限承载能力.采用通用有限元软件,建立该屋架结构考虑材料和几何非线性的分析模型,进行屋架结构非线性稳定分析,得到与承载力试验结果相一致的破坏模式.在此基础上,研究屋架结构内力分析的合理计算模式,提出屋架构件的建议设计方法,并对屋架的屋脊节点板构造提出了合理的局部加强改进方案.     

轴向运动正六边形板的自由振动

本文研究了在轴向运动激励下正六边形薄板的横向自由振动问题。应用Reddy三阶剪切变形板理论刻画板的力学状态,采用6节点三角形单元离散求解域,利用虚功原理建立系统的动力学有限元方程。数值算例选取2种典型布置形式,并分别考虑固支和简支2种边界条件。通过求解系统方程得到了前四阶固有频率,经与ANSYS计算结果对比,验证了本研究方法的准确性。研究发现,速度通过离心力和科氏力影响系统固有振动,且速度与各阶频率反相关。正六边形板的第二和第三阶振动分别有2种模态,速度为零时其固有频率相同,但随着速度的增大逐渐分离。本文揭示的若干动力学现象可为轴向运动正六边形薄板的设计和优化提供参考。     

在动静载荷作用下单圆弧波纹管膜片非线性稳定性分析

借助拟板法把单圆弧波纹管膜片处理成具有初挠度圆环板的组合结构.利用薄板薄壳的非线性弯曲理论,得到单圆弧膜片在静态和动态载荷协同作用下的非线性动力学方程组.给定该方程组的边界条件与连续条件,可以预测静态载荷及其动态载荷协同作用下膜片的挠度和张力,从而根据Galerkin方法得到单圆弧波纹管膜片非线性系统的受迫振动方程.根据Floquet指数研究了无外激励下系统的分岔问题,讨论了单圆弧波纹管膜片在平衡点领域的稳定性问题,同时考虑了系统在纯动态载荷作用和动静态载荷协同作用下其平衡位置的变化情况.研究结果表明单圆弧膜片系统在动静态载荷协同作用下比在纯动态作用下系统发生Hopf分岔更为滞后.     

薄壁变截面高桥墩的稳定分析

应用里兹法研究了考虑墩身自重的薄壁变截面高桥墩的稳定性.构造满足桥墩位移边界条件的横向位移曲线函数,得到其应变能和荷载势能表达式.基于势能驻值条件求出了薄壁变截面高桥墩的临界荷载解析式,利用该解析式可以方便地求出薄壁变截面高桥墩的临界荷载.与有限元分析得到临界荷载的比较表明,该方法简单可靠.     

轴向运动矩形薄膜的横向振动控制

利用有限差分法,导出了轴向运动矩形薄膜横向振动控制系统的状态方程。应用次最优控制法和速度反馈法,对轴向运动矩形薄膜横向振动的控制问题进行了研究,给出了最优控制律,保证了控制系统的稳定性。Matlab仿真结果表明,该方法能够有效地控制轴向运动矩形薄膜的振动,减少控制能量的消耗。