NiTi-Al金属基复合材料梁固有频率调节特性理论与实验研究

根据Timoshenko梁理论考虑NiTi回复应力作用,建立了NiTi-Al金属基复合材料梁(简称复合梁)的自由振动微分方程,研究了复合梁的固有频率调节特性.对于悬臂梁,NiTi回复应力使复合梁呈压应力状态,造成固有频率降低,在梁长度80mm、NiTi体积分数8%、预应变3%时,温度由20℃升至80℃,固有频率的减小量可达52.1%.对于固支梁,其内部应力状态取决于NiTi回复应力和热膨胀共同作用,使固支梁固有频率增加的最小NiTi体积分数约为20%.最后,利用超声波焊接技术制造了复合梁,通过热模态实验测试了NiTi-Al悬臂梁固有频率随温度变化规律.结果表明,埋入NiTi能有效调节复合梁固有频率,且实验结果与理论计算结果规律一致.     

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

基于哈密顿原理建立了纤维增强悬壁复合薄板的动力学方程,并利用双向梁函数法对其固有频率进行求解.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了热振环境下分析其固有特性的具体流程,最后,搭建了该类悬臂复合薄板结构在热振环境下的固有特性测试系统.并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,对其固有频率进行了测试.结果表明,热振环境下纤维增强悬臂复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在15%以内,且振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

纤维增强悬臂复合薄板固有特性分析与验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有特性进行了分析与验证.首先,基于双向梁函数法,推导了具任意纤维角度下该类型复合薄板的最大动能和应变能,明确了利用该方法获取固有频率和模态振型的原理.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了分析纤维增强悬臂薄板固有特性的具体流程.最后,搭建了固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,进行了实际测试.验证结果表明,基于双向梁函数法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在3.7%~9.7%,且前5阶振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

自密实钢筋混凝土梁阻尼比的试验研究

对15根自密实钢筋混凝土简支梁进行了动态测试实验,实验结果表明:随着自密实混凝土强度的提高,其阻尼比降低;随着自密实混凝土梁的固有频率的增大,其阻尼比减小;随着自密实混凝土梁配筋率的提高,第一阶固有频率下的阻尼比降低;各自密实钢筋混凝土试验梁的阻尼比基本介于0.5%~1.0%之间.     

泡沫波纹复合夹心梁等效弹性常数的推导及其振动特性研究

基于材料力学中材料的连续性、小变形等基本假设,在符合变形协调方程的条件下,设结构由面板承受弯扭,泡沫芯体承受剪切,推导出了泡沫波纹复合夹心梁芯体的等效弹性常数,并且建立了有限元二维等效模型和三维实体模型;通过对泡沫波纹复合夹心梁的模态进行实验研究和数值计算,对比分析了实验数据和计算结果,从而验证了所推导的等效弹性常数的正确性。此外,进一步研究了泡沫波纹复合夹心梁的几何参数对其固有振动特性的影响,结果表明:随着面板厚度增加,结构的固有频率升高;随着波纹肋板厚度、泡沫芯体密度或胞元数的增加,结构的固有频率降低。     

叠层板型元件模型干模态固有频率与振型分析

本文对一个叠层板型堆芯元件实验模型的干模态固有频率和振型进行了理论、数值分析，作者将该结构视为多层平行梁与整体单梁的对接问题，根据各梁的振型方程及对接处的连续性条件和平衡条件，建立了确定固有频率与振型系数的特征方程，并采用隐式选代法对其进行数值求解．文中给出了部分固有频率与振型曲线的计算结果，其固有频率与实验测试结果相当吻合．     

基于固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律

基于梁结构的动力特性能够真实地反映其实际状态,梁结构动力特性变化与疲劳损伤之间存在一定的内在关联,研究疲劳损伤演化对梁结构模态频率的影响机制,提出一种以固有频率为损伤变量的梁结构疲劳损伤演化规律研究方法。首先,基于Timoshenko梁自由振动方程,引入疲劳作用的影响,推导疲劳历程固有频率理论计算公式;然后,对预应力混凝土模型梁进行疲劳试验研究和动力测试,得到疲劳历程中疲劳刚度和固有频率的退化规律,并验证疲劳历程固有频率理论计算公式的正确性;最后,定义固有频率为损伤变量,得到基于1阶固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律。研究结果表明:梁结构固有频率也具有类似抗弯刚度退化的3阶段衰减规律;在疲劳作用下,第1阶频率的下降幅度最大,第2阶频率的下降幅度次之,而第3阶频率的下降幅度最小;梁结构在疲劳历程中某时刻状态下,随着模态阶次增大,频率修正系数减小;随着疲劳次数增多,梁各阶频率修正系数呈现增大的趋势;以第1阶固有频率为损伤变量,能有效地拟合梁结构3阶段非线性疲劳损伤演化规律,为进行结构性能退化程度判定及剩余寿命预测提供研究基础。     

悬臂纤维金属复合薄板固有特性分析及验证

通过理论与实践相结合的方式,对悬臂边界下纤维金属复合薄板固有特性进行了分析与验证.针对所研究复合薄板的结构特点,基于复合材料力学和经典层合板理论进行建模,利用正交多项式法求解其固有特性并提出计算流程,搭建相应试验系统,以TA2/TC500纤维金属复合薄板为研究对象进行测试.结果表明,提出的计算方法所获得固有频率的结果与试验测试结果间的误差在1.2%~4.7%之间,对应模态振型的变化规律也完全一致,验证了所提方法的正确性.     

杆件缺失位置对点阵夹芯结构固有频率的影响规律

分析了芯层不同位置的杆件缺失时,点阵夹芯梁固有频率的变化情况.分别使夹芯梁沿着长度方向缺失一个、两个、四个单胞所含的杆件,然后在缺失杆件数量不变的情况下改变缺失杆件的位置,进而利用有限元软件计算结构的固有频率.研究显示,三种情况下梁的固有频率变化规律较为相似,随着缺失杆件与固支端距离的增加,第一阶固有频率呈现先减小后增...     

复合单元法在变截面梁自由振动分析中的应用

对复合单元法理论进行简单介绍,利用该方法获得了多阶梯变截面梁和渐变截面梁的有限元动力分析方程。在此基础上通过求解广义特征值问题得到了梁的前几阶固有频率振型。在划分不同单元数目的情况下,对利用复合单元法(CEM)和有限单元法(FEM)以及其他理论方法所得的固有频率进行比较,进一步结合软件ANSYS求解的结果进行比较。数值仿真结果表明:复合单元法具有计算量小、计算精度高的优点。因此,在结构动力分析中有一定应用前景。     

基于集中质量法的纤维增强复合材料的损伤定位

研究了纤维增强复合材料的损伤定位方法，将其命名为“指数幂逼近-集中质量法”.首先，以纤维增强复合材料梁结构为例建立集中质量模型；然后通过理论求解获得未损伤梁的刚度矩阵，结合测试获得的固有频率和正则化的模态振型数据，获得梁结构损伤后的残差力向量，并将其作为关键定位指标；并基于指数幂思想对损伤梁结构的质量块数量进行划分，提出损伤位置逼近判定准则，确定一套规范的损伤定位流程.最后，对带有不同纤维断裂损伤的T300碳纤维/树脂基复合材料梁进行实例研究，研究发现本文提出的定位方法可有效辨识获得复合材料梁的损伤位置.     

黏弹性地基梁振动的微分求积法分析

探讨了黏弹性地基上有限长Euler-Bernoulli梁的横向振动.主要研究梁的固有频率和简谐均布荷载作用下的动力响应.将微分求积方法(DQ)直接应用于自由与受迫振动控制方程中.在简支边界条件下,得到横向自由振动的固有频率,并与复模态分析方法的结果进行比较.数值结果表明DQ与复模态分析方法得到的前七阶频率值高度吻合,但随着阶数的增长,两种方法数值间的微小差异值增大.数值结果还表明, 在均布简谐荷载作用下,经过短暂的瞬态响应后,梁的振动频率与外部荷载振动频率一致.     

直裂纹悬臂梁系统阻尼特性分析

以裂纹悬臂梁系统为研究对象,基于ANSYS软件采用梁单元、平面单元和接触单元,建立了一个直裂纹梁有限元模型.利用接触单元模拟裂纹的呼吸效应,并通过与文献测定的固有频率对比验证了模型的有效性.基于所提的模型,分析了冲击激励与正弦激励下,摩擦对系统振动特性的影响;在忽略摩擦的情况下,分析了系统阻尼比及固有频率随裂纹深度和裂纹位置的变化规律.研究结果表明:裂纹处的界面摩擦对系统振动影响不大,阻尼比在一定的程度上可以作为诊断裂纹程度的依据.     

复合材料薄壁梁模态的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对三闭室复合材料箱型薄壁梁以及复合材料翼型截面薄壁梁进行了模态分析.首先建立了复合材料薄壁梁的有限元模型,然后对这2种不同截面形状的薄壁梁分别进行了模态计算,讨论了铺层角度、长高比、宽高比对三闭室复合材料薄壁箱型梁的模态振型及固有频率的影响,并讨论了铺层角度、长度、铺层数对复合材料薄壁翼型梁的模态振型及固有频率的影响.     

具脱层复合材料层合梁-板的自由振动分析

基于经典弹性理论,建立了含脱层复合材料层合梁的运动控制方程,研究了脱层复合材料层合梁自由振动频率和振动模态。分析中,对脱层梁结构采用分区处理,同时结合边界条件、内力平衡条件以及位移连续条件,建立了梁模态分析的特征方程。最后利用具体算例,探讨了具脱层梁不同脱层参数、铺设角度下的一、二阶固有频率,并对比分析了不同的脱层深度、脱层长度和脱层位置以及不同的铺设材料对复合材料层合梁模态的影响。     

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.     

含损伤复合材料AGS结构固有频率数值预测

通过共振峰法求解了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板的固有频率.分别采用复合材料板单元梁单元模拟蒙皮和肋骨,结合Adams应变能法与Rayleigh阻尼相结合的阻尼模型,并引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象,推导了求解含损伤复合材料格栅加筋结构动力响应的有限元列式.在上述模型和理论基础上,首先采用精细积分法求解含损伤AGS结构的动力响应,再由外载频率与板内最大动挠度曲线的峰值确定结构的各阶固有频率,从而为蒙皮含分层损伤AGS结构固有频率的数值预测提供了一个较为有效的途径.     

定轴旋转弹性梁的固有频率计算

利用状态方程、指数矩阵2^N算法和求原函数方法,给出一种在水平面内作定轴转动的弹性梁的固有振动频率计算方法。该算法计算精度高,并可推广用于计算和分析有轴力影响的变截面弹性梁的振动。计算结果显示梁端质量对弹性梁各阶固有频率的刚化有不同影响。