弹性地基功能梯度梁自由振动问题

为研究不同高阶剪切变形理论下功能梯度梁的自由振动问题,假设功能梯度梁的材料参数按照组分的体积分数梯度变化,由哈密顿原理导出Winkler弹性地基上的功能梯度梁自由振动问题的运动方程.根据微分求积法原理,给出了考虑高阶剪切变形的功能梯度梁自由振动离散化代数方程.数值计算结果分析与讨论,研究了不同边界条件、弹性地基参数、功能梯度指数和结构几何参数对功能梯度梁固有频率的影响规律.该问题的研究可为功能梯度梁的设计与优化提供理论参考.     

FGM圆环板面内自由振动的DQM求解

基于二维线弹性理论,假定材料物性沿圆环板的径向按照幂律梯度分布,建立了FGM薄圆环板面内自由振动的运动微分方程,采用微分求积法数值研究了FGM圆环板面内自由振动的量纲一频率特性,并与各向同性材料圆环板面内自由振动的量纲一频率进行了比较,说明本文的分析方法有效. 结果表明,不同边界条件,FGM梯度指标以及FGM圆环板内、外半径比对量纲一频率均有影响,其计算结果和分析方法可供设计参考.      

求解旋转板、壳振动问题的半解析有限元分析

根据小变形弹性理论,用有限棱柱法解决了旋转板、壳自由振动的问题·通过分析旋转板、壳被分成若干个半解析的环形棱柱单元,位移函数采用环向为解析的三角级数而径向和轴向为离散的插值函数,推导出刚度和质量矩阵,计算了板、壳实例,并与实验值作了对比,得到了很好的结果     

功能梯度负泊松比蜂窝夹层板的振动特性

蜂窝夹层板作为一种常见的轻质多孔材料在航空航天和建筑等领域具有广泛的应用。研究了具有梯度的负泊松比蜂窝夹层板自由振动时的频率,及其随蜂窝芯层梯度和板几何参数的变化规律。利用Reddy高阶剪切变形理论和Hamilton原理推导了四边简支边界条件下的负泊松比蜂窝夹层板的偏微分运动微分方程,利用Navier法计算出系统的前十阶固有频率。借助有限元Abaqus软件建立了内凹六边形负泊松比蜂窝夹层板模型,计算其固有频率,两种方法的计算结果对比表明:理论计算求得的固有频率和有限元仿真得到的结果基本一致,验证了有限元模型的可靠性。基于此方法分别计算了蜂窝芯层具有角度梯度、厚度梯度和功能梯度的负泊松比蜂窝夹层板的前十阶固有频率,并与无梯度时的计算结果对比,分析了芯层梯度变化对系统固有频率的影响。     

一类矩形厚板的振动分析

运用离散奇异卷积方法对基于Mindlin剪切变形理论的具有纵向中心线内部支撑的矩形厚板,进行自由振动分析.此方法采用Gauss delta序列核作为基函数,并结合pb-2 Rayleigh-Ritz方法的边界函数得到一种新型的Ritz方法.数值结果表明,此方法精确有效.     

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.     

矩形Mindlin板的高频振动分析

提出了一种离散奇异卷积（DSC）方法来对基于Mindlin剪切变形理论的矩形厚板进行自由振动分析。此方法采用了Shannondelta序列核作为基函数并结合pb-2Rayleigh—Ritz方法的边界函数得到了一种新型的Ritz方法。数值结果表明此方法相当精确有效。     

关于径向基函数插值方法及其应用

用径向基函数插值方法及求解偏微分方程的方法,选取Multi-Quadric方法为径向基插值函数,逆Multi-Quadric方法对偏微分方程进行数值计算,并与其他方法进行比较,突出径向基函数求解偏微分方程的方法的优点,提出一些需要进一步研究的问题。     

计入剪切变形板的自由振动求解方法

利用边界元法和有限元法混合分析计入剪切变形板的自由振动,引入Reissner型板自由振动基本方程,得出弯曲静力基本解,进而离散域内惯性力积分项,导出板自由振动的代数特征值方程,从而可求出固有频率及相应的振型。以四边简支方板对比分析、实验,证实计算精度可提高一阶,同时该方法具有无须对插值函数求一阶导数的优点。     

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.     

径向基函数配点法分析三维功能梯度材料板的静力和动力问题

传统配点法在求解动力学问题时会存在误差随时间累积的问题,而无网格径向基函数配点法在全域内采用具有无限连续性的径向基函数作为近似函数,结合配点法构建方程,通过最小二乘法进行求解。无网格径向基函数配点法不仅在数值计算过程中不需要任何网格,是真正的无网格法,而且易于离散,精度高,不需要积分,计算效率高;径向基函数的近似函数仅与距中心点的距离有关,非常适宜于求解三维问题。对于这种方法,本文先离散空间域,然后再离散时间域,并在每一时间步内施加边界条件,来分析三维功能梯度材料板的静力和动力问题,据此可解决传统配点方法在求解动力问题时误差随时间累积的问题。数值分析表明,材料性能呈梯度分布会导致其力学性能在梯度方向呈现非线性变化,不同的梯度分布模式会导致力学性能非线性变化的幅度不同。     

径向基函数配点法分析三维功能梯度材料板的静力和动力问题简

传统配点法在求解动力学问题时会存在误差随时间累积的问题,而无网格径向基函数配点法在全域内采用具有无限连续性的径向基函数作为近似函数,结合配点法构建方程,通过最小二乘法进行求解。无网格径向基函数配点法不仅在数值计算过程中不需要任何网格,是真正的无网格法,而且易于离散,精度高,不需要积分,计算效率高;径向基函数的近似函数仅与距中心点的距离有关,非常适宜于求解三维问题。对于这种方法,本文先离散空间域,然后再离散时间域,并在每一时间步内施加边界条件,来分析三维功能梯度材料板的静力和动力问题,据此可解决传统配点方法在求解动力问题时误差随时间累积的问题。数值分析表明,材料性能呈梯度分布会导致其力学性能在梯度方向呈现非线性变化,不同的梯度分布模式会导致力学性能非线性变化的幅度不同。     

矩形Mindlin板振动分析的离散奇异卷积方法

提出了一种离散奇异卷积(DSC)方法来对基于M ind lin剪切变形理论的矩形厚板进行自由振动分析.此方法采用了Gauss delta序列核作为基函数并结合pb-2-Rayle igh-R itz方法的边界函数得到了一种新型的R itz方法.数值结果表明此方法相当精确有效.     

热环境下弹性地基上多孔FGM圆板的自由振动特性

基于一阶剪切变形理论，研究了热环境下弹性地基上多孔功能梯度材料（Functionally Graded Materials，FGM）圆板的自由振动特性.首先，考虑含孔隙的Voigt修正混合幂律模型，并给出统一温度场描述材料受温度依赖，利用Hamilton原理，推导热环境下弹性地基上多孔FGM圆板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化；然后，应用微分变换法对无量纲控制微分方程和边界条件进行变换，得到计算无量纲固有频率和临界温升值的代数特征方程.将问题退化后并与已有文献结果进行对比以验证其有效性；最后，计算并分析了梯度指数、孔隙率、边界条件、厚度与半径比、温升值和Winkler 弹性刚度系数对多孔FGM圆板无量纲固有频率的影响以及各相关参数对临界温升值的影响.结果表明，梯度指数影响频率，反映材料从陶瓷向金属过渡的特点，孔隙率削弱刚度进而影响固有频率大小，Winkler地基对刚度有着增强的作用，温度增大使结构发生热屈曲而失稳等.     

用无网格法分析功能梯度材料圆板的自由振动

采用一种新的方法研究了变厚度功能梯度材料圆板的自由振动问题。首先用能量法获得了自然频率的基本方程,通过无网格法构造形函数;然后采用伽辽金弱形式公式求解偏微分方程,得到关于频率和振型的矩阵方程。最后根据以上推导编写MATLAB程序,计算简支和固支两种边界条件的变厚度功能梯度材料圆板无量纲自然频率及振型;并探讨相关参数对结果的影响及提高计算精度的因素。结果表明无网格法求解得到的系统自然频率与已知的解析解基本一致,证明这种方法的理论推导和程序编写是正确的,可以应用于变厚度功能梯度材料板的自由振动分析;且其具有理论简单、计算量小等优点。     

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...     

基于里兹法的圆柱壳振动特性分析

基于一阶剪切变形理论构建分析模型,引入耦合弹簧技术模拟圆柱壳结构不同边界条件;位移函数采用改进的傅里叶级数以消除边界条件的不连续性,并基于里兹法求得出中厚功能梯度圆柱壳固有频率,在收敛性分析的基础上,研究不同边界条件、结构参数和材料参数对中厚功能梯度圆柱壳自由振动特性的影响,并将计算结果与文献、试验和有限元结果进行对比,验证本文方法的可行性.研究结果表明:同一模态参数下,功能梯度圆柱壳含有自由边界的频率参数较其他边界小;圆柱壳结构厚度对频率参数影响较大;剪切修正因子及幂指数对结构频率参数影响较小.     

单向复合材料矩形截面圆柱弹簧的自由振动

把自然弯扭梁理论推广到材料为各向异性的情况,并得到了单向复合材料矩形截面杆件的圣维南扭转翘曲函数的解析公式.在此基础上,进一步导出了单向复合材料非圆截面圆柱螺旋弹簧的运动微分方程,它们由14个1阶偏微分方程组成.方程中不仅考虑了转动惯量、轴向和剪切变形的影响,而且首次考虑了簧丝横截面的翘曲变形对弹簧固有频率和振动模态的影响.由于方程呈现出很强的刚性,这里采用改进的Riccati传递矩阵法对弹簧的自由振动微分方程进行求解.计算表明,对于单向复合材料矩形截面圆柱螺旋弹簧,翘曲变形对其自由振动特性具有重大的影响,是必须考虑的重要因素.最后,研究了各种设计参数对此类弹簧固有频率的影响.     

基于径向基函数的动态优化问题联立求解方法

提出了一种新的求解动态优化问题的联立方法.该方法不同于常用的配置法,而是采用径向基函数插值方法对动态优化问题进行全离散,得到近似的大规模非线性规划问题.离散方法使用逆Multi Quadric函数做为基函数,并采用了间接求解微分方程的策略.最后,运用所提出的方法对2个经典算例进行优化,结果显示效果良好.     

高阶剪切理论下梯度直梁在热环境中的静动态响应分析

基于高阶剪切变形梁理论研究了两端不可移简支功能梯度梁在横向非均匀升温下的热屈曲和自由振动问题。首先依据高阶剪切变形梁理论和Hamilton原理建立了功能梯度梁受热-机载荷共同作用下的几何非线性动力学控制方程;在研究静态热屈曲问题时,把方程退化成强非线性边值问题,采用打靶法数值求解该边值问题,获得了横向非均匀升温下梁的屈曲构型,绘出了梁的变形随温度载荷及材料梯度参数变化的特征关系曲线;研究动态响应时,采用Navier方法数值求解所建立的动力学控制方程,获得了横向非均匀升温下梁的自由振动响应,数值比较了不同剪切理论下梁的前3解固有频率随跨高比、材料梯度参数变化的规律。结果表明,剪切变形、梁的跨高比、材料的非均匀性、温度变化对于高阶剪切功能梯度材料梁的变形及固有频率有很显著的影响。