变厚度圆环板的面内自由振动分析

基于二维线弹性理论,导出厚度沿径向线性变化的变厚度圆环板在面内自由振动的控制微分方程.用微分求积法(DQM)对微分方程及其典型边界条件进行离散,研究变厚度圆环板面内自由振动的无量纲频率特性.数值计算得到不同边界条件下内外半径比、厚度变化参数等因素对无量纲频率的影响.结果表明,圆环板内外边界在夹紧—夹紧和自由—夹紧条件下无量纲频率Ω随厚度变化参数α的增大而增大,在自由—自由和夹紧—自由条件下无量纲频率Ω随厚度变化参数α的增大而减小.     

变厚度矩形板自由振动的广义微分求积法分析

基于广义微分求积法,对变厚度矩形板横向自由振动的控制微分方程及其不同边界条件进行离散,研究其自由振动的频率特性.数值计算得到不同长宽比,不同厚度变化参数和简支或固定边界条件下变厚度矩形板的无量纲振动基频率,并与其它求解方法的数值进行比较.结果表明,运用广义微分求积法对变厚度矩形板的频率求解结果与其它方法的求解结果相差很...     

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.     

Winkler-Pasternak弹性地基上变截面纳米梁在温度影响下的自由振动分析

基于Euler-Bernoulli梁理论和Eringen非局部弹性理论推导得到Winkler-Pasternak弹性地基上变截面纳米梁在温度影响下自由振动问题的控制微分方程,采用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了Winkler-Pasternak弹性地基上变截面纳米梁在温度影响下和两端夹紧-夹紧、夹紧-简支以及简支-简支三种边界条件下横向自由振动的无量纲固有频率.再将控制微分方程退化到无温度变化和无弹性地基的等厚度纳米梁,给出了简支-简支边界条件下其自由振动的前4阶无量纲固有频率,并将得到的结果与已有文献的结果进行了比较,验证了DTM对求解该问题的有效性.结果表明:在保持其它参数不变的情况下,纳米梁的无量纲频率随无量纲地基参数的增大而增大,随截面变化系数和无量纲升温的增大而减小.     

弹性曲梁静态大变形数学模型及其数值解

基于Kirchhoff直法线假设,采用考虑轴线可伸长的几何非线性理论,建立了弹性曲梁在任意荷载(保守和非保守)作用下大变形问题的控制方程.其中包含轴线弧长、位移、转角、内力等7个独立未知函数.通过引进变形后的弧长为未知函数后,问题的求解区间则固定不变.该模型不仅考虑了轴线可伸长,同时精确地考虑了轴线的初始曲率对变形的影响,反映了轴向变形与弯曲变形的相互耦合效应.作为应用,用打靶法具体计算了一端固定另一端自由,沿轴线作用均布切向随动载荷的半圆形曲梁的非线性平面弯曲问题,给出了随载荷参数大范围变化的平衡路径曲线及平衡构形.     

非均匀立柱自由振动响应的有限差分法递推求解

采用有限差分法研究在自由端固连刚性质量的非均匀立柱的横向自由振动响应.其中考虑端部集中质量的惯性力以及集中质量和梁的自重产生的轴向压力对系统振动的影响.采用有限差分法求解自由振动对应的变系数常微分方程两点边值问题,推导出递推求解数值计算过程,获得变截面立柱的自由振动响应,给出固有频率数值解.分析截面变化参数以及由重力产生的轴向压力对系统横向振动固有频率的影响.结果表明,随着截面非均匀参数值的增加频率增加,随着轴向压力的增加频率减小.     

圆柱壳水中平面振动和声辐射的导纳法研究

目的探索水下结构振动声辐射问题的导纳法求解。方法从无限长圆柱壳的振动方程出发,利用流体和圆柱壳分界面上振速连续边界条件,推导出了圆柱壳在母线方向均匀分布的径向线力激励下,平面振动声辐射效率以及辐射声场的模态导纳表达式。数值求解了辐射效率和模态导纳随频率的变化关系以及辐射声场指向性。结果①在n<5情况下圆柱壳平面振动模态辐射导纳的实部随频率变化明显;当n从5变到50过程中,模态辐射导纳的实部随频率变化出现振荡现象。圆柱壳平面振动模态辐射导纳的虚部为负,且绝对值随n增大而增大。②圆柱壳在φ=0处受沿母线方向均匀分布的简谐(f=10~1 010Hz)线力激励时,水中辐射声场的指向性(r=10a)介于“∞”型和“∞”和“8”叠加的形状之间。结论导纳方法对于求解水下规则结构声辐射问题是可行的。     

面内变刚度矩形薄板自由振动问题的辛弹性分析

基于辛弹性的方法分析了变刚度矩形薄板的自由振动问题.假设矩形板的弯曲刚度沿板的长度方向呈指数函数变化而泊松比为常数,利用变分原理将其导入辛体系,并应用分离变量法和本征值展开给出了求解面内变刚度矩形薄板自振频率的一种解析方法.这种方法不同于传统的逆解法或者半逆解法,它不需要提前假设试函数,是一种更为理性的正向的求解方法.通过这种方法可以得到变刚度板自由振动的频率方程,数值算例表明该方法计算简便、结果精确,可以得到变刚度板的各阶自振频率.在此基础上,详细研究了不同边界条件下,梯度指数、泊松比以及长宽比对变刚度板自振频率的影响.     

考虑空间拱效应的筒形墙体主动土压力

以围土为均质无黏性土的筒形挡土墙为研究对象,假定达到主动极限状态时筒形墙体周围土体形成直线型滑移面,取滑移面水平微分单元作为分析单元,考虑墙体与滑移面间形成竖向土拱和环向拱效应.根据水平微分单元的竖直向和径向的受力平衡条件,推导得到考虑墙-土摩擦角、环向应力系数和筒形墙体半径的筒形墙体主动土压力计算基本方程,并与现有理论结果及模型试验结果进行比较.结果表明:考虑空间拱效应的计算结果与模型试验结果吻合较好;土压力沿深度非线性分布,主要表现为沿深度先增大后减小的变化规律;土压力与墙-土摩擦角、墙体半径及环向应力系数有关,土压力随墙-土摩擦角及半径的增大而增大,随环向应力系数的增大而减小.     

不同约束条件下风机塔筒扭转自由振动特性分析

针对风力发电机组(以下简称风机)的自由扭转振动,建立了非均质变截面风机塔筒模型。采用微分求积法计算了风机塔筒扭转振动在不同边界下的无量纲固有频率,求解并分析了弹性地基对风机塔筒扭转无量纲固有频率的影响,同时给出了弹性地基上风机塔筒扭转振动前六阶振型。引入并分析了质量变化系数、切变模量变化系数和截面变化系数对风机扭转振动无量纲固有频率的影响。结果表明微分求积法求解精度较高,计算量小;风机塔筒扭转无量纲固有频率随质量变化系数增大而增大、随切变模量变化系数增大而减小,且质量变化系数和切变模量变化系数均对高阶频率影响较大,对前二阶频率影响较小;截面变化系数仅影响风机塔筒扭转前二阶无量纲固有频率,对高阶固有频率影响甚微。     

单向变厚度Levy型薄板的自由振动分析

针对单向变厚度Levy型薄板的自由振动问题,基于薄板振动理论,将设定的挠度函数代入关于挠度的变系数四阶偏微分的振动控制方程,把变系数四阶偏微分方程求解挠度的问题转化为第二类Volterra积分方程的求解,并采用二次样条函数近似求解积分方程,建立单向变厚度Levy型薄板自由振动固有频率的求解方法.对3种不同边界条件的Levy型薄板最低固有频率的算例进行验证.研究结果表明:该方法合理可靠、计算简便,满足精度要求;该方法还可进一步推广到求解任意单向变刚度Levy型薄板自由振动的最低固有频率.     

弹性地基上变截面梁自由振动的DTM分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,推导弹性地基上变截面梁横向自由振动的控制微分方程,采用微分变换法(DTM)将微分方程及其边界条件转化为代数方程.求解使用MATLAB编程进行计算,得到不同边界条件下变截面梁的无量纲固有频率,并且讨论截面变化系数和地基模量对梁频率的影响.结果表明:用DTM得出的频率解与精确解结果相差较小,且DTM收敛速度快,编程简单,故DTM和其它方法一样,可作为求解该问题的有效方法.     

平面杆系结构自由振动的一种解析解法

介绍了一种平面杆系结构自由振动的解析解法.即将计算无限自由度平面杆系结构的自振频率和主振型的广义特征值问题转换为典型的常微分方程边值问题,构造了一系列平凡ODE,建立了相应的常微分方程组,并利用常微分方程求解器COLSYS予以求解.该方法将一根杆件视为一个单元,直接求解其运动微分方程,是一种数值解析法,与有限元法相比,无需通过增加单元数提高计算精度,可精确求解平面杆系结构的任意阶自振频率和主振型.并利用该方法求解了一般约束、弹性支座以及变截面条件下的平面杆系结构无阻尼弯曲自由振动的任意阶自振频率和主振型,与精确解和现有软件相比,其计算结果表明,该方法的求解精度和效率较高.     

拱的面内稳定分析

工程上常见的拱是抛物线拱,其在全跨均布荷载作用下,拱的任意截面上只会承受压力作用。由于该压力以及拱的曲率半径均随拱轴线而变化,故其屈曲平衡微分方程是变系数的,通常只能通过数值积分来求解,比较麻烦。本文拟采用渐近法求解抛物线拱的面内屈曲问题,提出实用计算方法,对拱的面内稳定分析提供参考依据。     

不同边界条件薄壁截锥壳的高阶振动特性研究

采用传递矩阵法研究了不同边界条件下薄壁截锥壳的高阶振动特性.基于Love壳体理论建立薄壁截锥壳振动微分方程,根据薄壁截锥壳子段间的状态向量,通过传递矩阵法得出整体传递矩阵,并用高精度的精细积分法计算固有频率,通过文献和有限元法进行验证,并分析了薄壁截锥壳在不同边界条件下的高阶振动特性.结果表明,不同边界条件下,采用传递矩阵法计算高阶固有频率与有限元法的计算结果基本一致.当轴向半波数增加时,频率明显增大;随着周向波数的增加,频率先减小后增大.固支-固支和简支-简支边界下在m=1和n=7处得到最小频率,固支-自由边界下在m=1和n=6处得到最小频率,三种边界下最小频率值分别为400.1、325.6和226.1 Hz;边界条件约束越多,最低阶固有频率越大.     

功能梯度板与均匀板固有频率之间的相似转换

基于经典板理论,研究功能梯度材料板的自由振动响应.通过消去功能梯度材料板的自由振动控制微分方程中的面内位移,发现功能梯度板与均匀板的控制方程的相似性,由此得到功能梯度材料板与均匀板固有频率之间的相似转换关系.在给定功能梯度材料板的材料性质在横向任意连续变化的情况下,给出无量纲相似转换系数的解析表达式.该系数集中反映功能梯度板的材料非均匀性对振动频率的影响.因此,可将功能梯度材料板的自由振动问题的求解转换为同样几何尺寸和边界条件下均匀板的振动问题的求解以及相似转换系数的计算问题.这一方法可为非均匀板的分析和求解提供便捷途径,便于在工程中应用.     

传感器多孔电极材料原子振动随温度变化规律研究

建立了氧传感器多孔电极材料的物理模型并求出原子振动的简谐系数和非简谐系数,应用固体物理理论和方法,得到多孔电极材料原子振动频率、阻尼系数与温度的关系,研究了原子对平衡位置的位移随温度和时间以及颗粒半径的变化规律,探讨了孔隙度和原子非简谐振动对它的影响.结果表明:(1)振动频率随温度升高而线性增大,表面原子的振动频率总小于体内原子;(2)原子的振动振幅随时间的增长而按负指数规律减小,减小的程度取决于受到的阻尼.阻尼系数随温度升高而增大,体内阻尼系数大于表面,是表面的1.414倍;(3)原子对平衡位置的位移随温度升高而增大,随时间的增长而按负指数规律减小,随着平均半径值的增大而非线性减小.孔隙度愈大,颗粒线度愈小,原子对平衡位置的位移愈大;(4)原子非简谐振动项对Pt电极材料原子的振动有重要影响:简谐近似下,原子振动频率和振幅均为恒量,与温度无关;考虑到非简谐项后,振动频率和振幅均随颗粒半径的增大和温度的升高而变.温度越高、孔隙度越大、颗粒半径越小,非简谐与简谐近似的差值愈大,即非简谐效应愈显著.     

均布压力作用下扁球壳几何非线性自由振动

基于均布压力作用下扁球壳几何非线性自由振动控制方程,利用Kantorovich时间平均法将非线性偏微分方程组化为一组非线性常微分方程组.考虑不可移简支和夹紧两种边界条件,应用打靶法得到数值解.考察扁球壳的固有频率随拱高变化的规律.分析外载荷参数对壳体力学特性的影响.     

变截面功能梯度Timoshenko梁的自由振动分析

基于梁物理中面的概念,使用哈密顿原理,推导得出轴向力作用下材料性质沿梁高变化的功能梯度材料(FGM)梁自由振动的控制微分方程组,然后求得该微分方程组的幂级数解.再基于弹性约束表示的一般边界条件得到频率方程.分析了长高比、梯度指数、轴向力以及截面变化系数等参数对FGM梁固有振动特性的影响.结果表明,剪切变形不仅会影响弯曲振动,对轴向振动也有影响.     

热环境中功能梯度材料Euler梁的自由振动

研究功能梯度材料Euler梁在温度场作用下的屈曲和自由振动行为.在精确考虑轴线伸长基础上,建立功能梯度Euler梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.将控制方程的响应分解为热过屈曲静态解和振动解两部分,得到功能梯度材料梁在热过屈曲构型附近小振幅线性自由振动的微分方程.其中,假设功能梯度的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得在横向升温场内两端固定Euler梁的热过屈曲平衡路径以及前三阶固有频率的数值解.分析和讨论梁的材料梯度参数、温度场分布参数等因素对过屈曲变形和振动响应的影响.