连接结构松动对系统非线性动力学特性的影响

根据梁的弹性理论,基于拉格朗日方程,导出梁的振动方程,研究了系统低频率振动造成火箭连接结构松动及相对滑动引起的干磨擦阻尼、线性刚度及非线性刚度变化对系统动力学特性的影响,用有限元法分析了连接结构刚度的变化对系统固有频率及振型的影响。     

部分浸入水中弹性支承Timoshenko梁动力特性

研究了部分浸入流体中自由端具有集中质量块的等截面弹性支承Timoshenko悬臂梁横向振动的固有频率和振型特征.考虑梁横截面转动和剪切变形以及集中质量块引起轴向压力的影响,建立了支承处弹性水平位移约束和转动约束耦合情形下悬臂梁横向自由振动的数学模型.由于集中质量块的惯性力和惯性矩,此模型的边界条件与振动频率相关.推导了Timoshenko梁的频率方程和振动模态的广义正交条件.数值研究了集中质量块质量、转动惯量、质心距以及弹簧刚度系数等参数对Timoshenko悬臂梁固有频率的影响.数值结果表明：由于横截面转动和剪切变形效应的影响,相比于Euler-Bernoulli梁模型,Timoshenko梁的固有频率减小,对高阶频率的影响尤为显著;弹簧刚度耦合项的增大将减小梁的固有频率;轴向力的增加将减小梁的低阶固有频率,但对高阶固有频率的影响不大.     

Timoshenko简支梁的振动模态特性精确解

应用模态摄动法求解Timoshenko梁的振动模态特性，应用这一方法可将Timoshenko染无阻尼自由振动方程的求解过程加以简化，转化成一非线性代数方程组的求解，对两端简支的Timoshenko梁，得到了精确理论解，在此基础上，对比了两端简支的Timoshenko梁、Euler梁及纯剪切梁的模态特性及其影响因素，讨论了Timo-shenko简支梁自振频率随着长细比及模态数的变化情况。     

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。     

作大范围运动功能梯度材料梁的动力学特性研究

采用假设模态法和有限元法两种离散方法描述柔性梁的变形场,对作大范围运动的中心刚体-功能梯度材料梁的动力学特征进行研究。假设功能梯度材料的物理参数为沿着梁厚度方向变化的幂函数,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,同时计及横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到两种不同离散方法描述的具有统一形式的系统刚柔耦合动力学方程。通过与假设模态法的数值仿真结果对比,验证所建立有限元模型的正确性。通过大变形算例,说明基于小变形假设的假设模态法计算上的局限性。在此基础上讨论功能梯度指数对作大范围转动柔性梁动力学特性的影响。结果表明基于小变形假设的假设模态法并不能处理大变形问题;在功能梯度材料梁其他物理参数不变的条件下,梁的最大位移随着功能梯度指数N增大而增大;横向弯曲固有频率会随着转速的增加而变大;当转速一定时,固有频率会随着功能梯度指数N增大而减小。     

修正Timoshenko梁自由振动及Euler梁误差分析

基于考虑剪切变形所引起转动惯量的Timoshenko梁,采用分离变量法和高阶线性微分方程组特征值问题求解方法,系统地给出了修正Timoshenko简支梁模态特性的分析方法,推导得到了修正Timoshenko简支梁自振频率计算公式和振型函数表达式;并给出了Euler梁模型相对于修正Timoshenko梁模型的误差计算公式。分析结果表明:影响Euler梁模型计算误差的因素包括四个方面:振型阶数、材料泊松比、梁剪应力不均匀系数和回转半径与梁高跨比;随着振型阶数和高跨比的增加,Euler梁模型计算误差值迅速增长;在建筑材料泊松比的分布范围内,Euler梁模型计算误差随泊松比大约呈线性增长趋势;典型截面对Euler梁模型计算误差影响的排序为:圆形矩形T字型圆管箱型工字型H型,采用Euler模型计算工字型和H型截面梁振型频率时,需要特别加以注意。     

主塔刚度对斜拉桥固有特性的影响分析

文章以一类单塔斜拉桥为例,研究了主塔刚度对斜拉桥的固有频率和模态的影响,以欧拉-伯努利梁模型描述桥面和塔的运动,并同时考虑斜拉索的横向和纵向运动,建立斜拉桥的动力学方程、边界条件及子结构间的相容条件,推导出斜拉桥的固有频率方程和振型函数。数值结果表明:将塔视为柔性构件时,塔的刚度对斜拉桥的固有频率和模态影响并不显著;若将塔视为刚性构件,则所求解出的固有频率和模态与柔性塔的情况相差很大,并会丢失某些模态;斜拉桥存在密集固有频率、模态跃迁及频率曲线偏转现象。研究结果可为斜拉桥结构设计及振动分析提供理论依据。     

螺栓连接大变形梁非线性振动特性的实验研究

柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象，针对动力学建模和振动特性开展了实验研究，通过数值计算验证了实验发现的非线性振动特性。搭建了含螺栓连接柔性大变形梁的实验台架，开展了敲击和正弦激振的实验测试。实验结果表明，螺栓连接的柔性梁较连续梁的（无螺栓连接）模态频率降低，阻尼增加，反映出随着激励能量增大，模态频率降低的非线性模态特征。改变螺栓连接位置会显著影响结构的模态频率，其变化规律可由求解线性矩阵特征值定性反映。     

多层大跨度蜂窝型钢网格盒式结构动力分析

为研究多层大跨度蜂窝型钢网格盒式结构的动力特性,基于ANSYA有限元软件,计算结构各阶频率和振型;分析层高、楼板刚度和密柱刚度对盒式结构频率的影响。分析结果表明,盒式结构平面承载布置均匀合理,抗扭刚度大。低阶振型主要为结构平动和扭转,高阶振型主要为楼板的竖向振动。层高主要影响盒式结构低阶频率;楼板刚度主要影响高阶频率;密柱刚度既影响低阶频率也影响高阶频率,但对低阶频率的影响较大,分析结果可为工程设计提供参考。     

作大范围运动弹性结构振动频率及模态的摄动解

根据参数摄动理论,建立了作大范围运动弹性结构特征频率与模态的摄动理论,推导了作大范围运动弹性结构的特征频率与模态的1阶、2阶摄动方程.以作大范围运动弹性梁为例,求解了作大范围转动弹性梁振动频率与模态的1阶、2阶摄动近似解,并与结构动力学意义下的频率与模态进行了比较.该方法解决了在柔性多体系统中大范围运动对柔性体变形运动的振动频率与模态的影响这类刚 柔耦合问题,同时为任意柔性多体系统刚 柔耦合动力学程式化建模提供了高效、精确的离散方法.     

几种特殊弹性参数对动力总成-悬置系统固有振动特性的影响

为了研究几种特殊弹性参数对动力总成-悬置系统固有振动特性的影响,分别建立了考虑悬置元件的角变形刚度和发动机前端驱动风扇的传动带弹性约束作用的动力总成-悬置系统的振动分析模型。以几种常见车型为例计算了考虑悬置元件角变形刚度前、后动力总成-悬置系统的固有振动特性,同时计算了系统的各阶固有振动频率关于传动带的等效刚度和安装角度参数的变化历程。结果表明:在考虑角变形刚度前、后,动力总成-悬置系统固有振动特性的变化很小;当传动带的刚度逐渐增大时,系统的最高阶振动模态(以侧倾振动为主)频率显著提高;传动带安装角度的增加使第2至6阶固有振动频率产生较大变化。因此,在动力总成-悬置系统固有振动特性的计算过程中一般可以忽略悬置元件角变形刚度影响;而传动带的弹性约束作用则可能显著影响系统的固有振动特性,在建模和计算的过程中应予以重点关注。     

中间支承输流管道自由振动的有限元分析

基于Euler梁模型研究中间支承输流管道的动力学特性。首先,利用虚功原理,建立系统动力学有限元方程。然后,分析了支承刚度、流体离心力、预应力等因素对管道振动的影响。结果表明:支承刚度对管道系统动力学特性有重要影响,管路设计时须着重考虑;揭示了流体离心力是造成固有频率随流速增大而降低的根本原因;流体科氏力对各阶固有频率影响较小;预应力对振动的影响不可忽略,尤其是第一阶固有振动。     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性,并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型;采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明,索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群;结构各组群振动的自振频率相对集中,其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．     

考虑电磁刚度时水轮发电机定子系统的振动

本文确定了水轮发电机定子系统的双壳模型．将梁函数组合法应用到求解双壳系统的固有特性,得到了双壳系统有电磁刚度项时的固有频率和振型．计算了额定对称运行状态下定子系统有电磁刚度项时的固有频率,给出了电磁刚度项对定子系统固有频率的影响．     

基于结构参数变化对结合梁自锚式悬索桥动力特性的分析

借助Midas/Civil建立合理动力全桥模型,结合梁自锚式悬索桥自振特性规律,虚设一座相同参数的地锚式进行比较,探讨恒载集度、主梁刚度、桥塔刚度、主缆抗拉刚度、吊索抗拉刚度等主要参数对结合梁自锚式悬索桥固有频率的影响。研究表明:在狭窄的频率范围内,振型较为集中,且前几阶振型以主梁振动为主;恒载倍率增加对一阶振型频率均有减小作用,主梁竖向刚度增加对一阶竖弯振型影响较大,桥塔纵向刚度增加使纵漂频率显著增加,主缆抗拉刚度倍率增大使主梁扭转振型频率增加显著,吊索抗拉刚度倍率增大对一阶振型频率影响很小。     

TBM刀盘系统多自由度耦合固有特性及敏感度

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度、综合传递误差、阻尼等影响因素,建立了TBM刀盘系统的平移-扭转-倾覆多自由度耦合动力学模型.基于实际工程项目的刀盘系统参数求解固有频率和振型,并研究系统参数对固有频率的影响及敏感度问题.研究结果表明,刀盘系统低阶固有频率为57和61 Hz,对应振型分别为电机和小齿轮的纯扭转振动及刀盘和大齿圈平移倾覆耦合振动,刀盘分体的切向支撑刚度和质量的敏感区间分别为3~4 GN/m和19~23 t.     

结构柔性对系统碰撞动力学响应的影响

针对在重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,根据Hertz接触理论和非线性阻尼项建立法向碰撞接触模型。引入线性切线接触刚度建立切向碰撞接触模型,以考虑接触过程中由于切向相对速度的换向作用引起的摩擦力的变化。利用假设模态法和Lagrangian方程建立系统含碰撞过程的一致线性化的动力学模型。最后根据不同刚度下的柔性梁的动力学仿真计算,探讨了结构柔性对系统碰撞过程动力学行为的影响。     

空间网架结构竖向抗震性能的简化计算

将网架简化为考虑剪切变形的交叉梁系，用有限元法分析其竖向抗震性能，在动力分析中，忽略转动惯量的影响，对总刚矩陈进行刚度集聚，建立网架竖向振动方程，然后通过子空间迭代计算其自振频率和振型，再利用振型分解反庆谱法求各振型下竖向地震作用效应并进行组合，文章同时给出了梁元法与空间桁架位移法精确解的误差比较，其精度满足工程要求，并且计算速度快，所占存贮空间少。     

根部连接刚度对旋转叶片振动特性的影响

以一个扭型、变截面旋转叶片为研究对象,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度的壳单元建立了叶片的有限元模型,并与实体单元进行对比;通过二者的固有频率和振型来验证本建模方法的准确性.随后分析了在离心刚化、旋转软化效应和科氏力共同作用下,径向连接刚度对叶片动频特性的影响,以及在离心力和气动力共同作用下径向连接刚度对叶片幅频响应的影响.研究结果表明,较小的径向刚度会产生刚体振型,且响应主要集中在低频段;中等径向刚度会产生一些耦合振型,响应集中在高频段;大的径向刚度接近固支情况,响应幅值较前二者小.