温度场下石墨烯增强功能梯度梁的主共振行为分析

针对温度影响石墨烯增强功能梯度梁的非线性强迫振动的问题,采用一阶剪切变形理论,推导出梁的控制方程,同时采用伽辽金方法对梁的控制方程进行离散。主共振情况下,利用多尺度方法对离散系统进行求解。数值结果表明:FG-X梁比FG-O梁的振动幅值小35%以上。温度的升高会同时降低梁的刚度和非线性,并且对FG-O梁影响最大。外激励频率越大,阻尼因数对梁的振动影响越大。     

温度场下石墨烯增强功能梯度梁的主共振行为分析

针对温度影响石墨烯增强功能梯度梁的非线性强迫振动的问题,采用一阶剪切变形理论,推导出梁的控制方程,同时采用伽辽金方法对梁的控制方程进行离散。主共振情况下,利用多尺度方法对离散系统进行求解。数值结果表明:FG-X梁比FG-O梁的振动幅值小35%以上。温度的升高会同时降低梁的刚度和非线性,并且对FG-O梁影响最大。外激励频率越大,阻尼因数对梁的振动影响越大。     

形状记忆合金纤维复合材料梁非线性变形、热屈曲和振动

研究具有形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料梁非线性静变形、热屈曲和振动。采用Euler-Bernoulli梁理论、Timoshenko梁理论和Reddy高阶理论进行结构建模;根据Von-Kármán应变场理论描述梁的几何非线性;采用Brinson热力学本构方程计算SMA纤维的受限回复特性;基于Hamilton原理导出梁的非线性偏微分控制方程;采用Galerkin法导出两端简支对称铺层SMA纤维复合材料梁的非线性静变形、热屈曲和振动近似解。通过数值计算揭示SMA纤维含量、激励温度和初始应变对非线性静变形、热屈曲和振动的影响规律。研究表明,当长厚比较大时,剪切变形的影响很小,上述理论均可适用;但长厚比较小时,Euler-Bernoulli和Timoshenko梁理论的结果与Reddy高阶理论的结果相差较大,剪切变形的影响是显著的。     

纳米梁非线性振动隧道电流反馈控制

针对纳米梁振动中出现的非线性问题,提出了基于隧道电流反馈控制的纳米梁振动控制方法。将电子隧道效应理论应用于纳米梁的振动信号检测中,以提高信号提取的准确性,通过位移和速度两种电流反馈所产生的两种控制电压信号对纳米梁非线性振动进行控制,建立基于隧道电流反馈控制的纳米梁主共振非线性振动方程,并应用多尺度方法求得主共振幅频响应方程,研究了直流和交流激励电压、振动控制参数、阻尼值、控制电压等与纳米梁主共振幅频响应之间的关系,分析了影响系统振动非线性的因素。研究结果表明,减小直流激励电压至1. 5 V或交流激励电压降至1. 0 V,系统振幅峰值分别衰减50%和58%,振动非线性减弱;增大阻尼、减小系统控制电压以及选择适当的振动控制参数均可以使纳米梁主共振幅频响应得到有效控制,同时可以降低系统振动的非线性。     

基于压阻反馈信号纳米梁非线性振动控制

研究了基于硅压阻效应纳米梁非线性振动控制方法。在纳米梁固定端上表面粘贴硅压阻膜片,压阻膜片的电阻值随着纳米梁的振动发生变化。利用惠斯通电桥电路提取振动信号作为电压反馈控制信号,控制纳米梁的非线性振动。用多尺度法求解方程,得到系统主共振的幅频响应方程。由幅频响应方程分析系统非线性振动方程解的稳定性,研究了交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统稳定性和振幅的影响规律。研究结果表明:激励电压由0.25 V减小至0.1 V时,最大振幅衰减60%。无量纲阻尼由0.058 5增加至0.087 8时,最大振幅衰减40%。增大阻尼和反馈增益参数可以减弱甚至消除纳米梁振动的非线性特性。该研究成果为纳米梁非线性振动控制及信号提取提供了一种理论方法。     

对称层合简支梁非线性振动分析

利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，导出了对称层合梁大变形非线性振动问题的控制方程和边界条件．通过引入一位移函数，将微分方程组解耦，进而得到了层合梁非线性振动Ｄｕｆｉｎｇ方程．对于简支梁边界条件，求得梁自振周期的解析表达式，利用摄动方法，得到强迫振动问题两项近似解．选取硼／环氧、碳／环氧和玻璃／环氧材料，进行数值计算，表明材料各向异性的强弱和相对剪切刚度对层合梁非线性振动影响显著．     

主共振纳米梁非线性振动电容控制

针对纳米梁非线性振动控制问题,以Euler-Bernoulli梁为模型,提出了纳米梁非线性振动电容式传感器控制方法。纳米梁电容器电容值随纳米梁的振动而变化,纳米梁电容式传感器根据电容变化提取振动信号,并将放大后的振动信号传递给控制器以控制纳米梁的非线性振动。应用多尺度法得到系统的近似解,推导出系统主共振的幅频响应方程。应用数值模拟方法,通过不同控制参数下的幅频图分析了纳米梁振动的非线性动力学行为。研究表明,该方法能够有效地控制纳米梁的非线性振动,通过选取适当的控制参数能够削弱甚至消除纳米梁非线性振动特性。     

基于非局部理论的参数不确定纳米梁的非线性振动分析

考虑纳米梁的弹性模量、长度、阻尼系数及外激励幅值为不确定参数,以Eringen所建立的非局部理论为基础,建立了区间变量的纳米梁非线性振动方程,采用变分法对具有区间变量的非线性振动方程的主共振响应进行求解,根据区间分析法计算出纳米梁主共振响应幅值的上下限,并且给出了区间变量的纳米梁非线性振动方程的数值求解格式。通过与Monte Carlo方法对比,验证了所提出的求解区间变量的非线性振动方程方法的正确性。研究结果表明:不确定参数对参数纳米梁的主共振响应具有较大的影响,在实际问题分析中,不能忽略参数的不确定性。该方法对于具有不确定参数的纳米梁的研究具有重要的理论价值及工程意义。     

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。     

惯性边界下梁的非线性振动分析

本文基于轧制过程中轧辊与带材的振动,将带材简化为Euler梁,轧辊简化成惯性元件,建立了梁在惯性边界下的非线性振动模型,首先根据哈密顿原理建立梁的纵向和横向非线性振动微分方程和惯性边界条件,再利用Kantorovich平均法简化运动方程和边界条件,然后采用修正迭代法求解方程。通过数值计算获得了梁的幅频响应曲线,研究了梁振动的非线性性态的变化规律,并讨论了惯性边界条件下梁的长度、惯性元件的转动惯量对梁的振动频率的影响规律。     

静电激励纳米梁超谐共振电容控制

为研究静电激励纳米梁非线性振动的超谐共振控制问题,以Euler-Bernoulli梁为模型,提出一种非线性振动电容控制方法。纳米梁平行板电容器形成于纳米梁与平行极板间,其电容值随纳米梁的振动而变化,电容式传感器根据电容变化提取振动信号、产生控制电压。控制电压作为控制信号输入控制器控制纳米梁的非线性振动。应用多尺度法求得系统超谐共振的幅频响应方程,分析了振动方程解的稳定性,以及交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统振动稳定性及振幅的影响规律。应用数值分析方法得到纳米梁振动稳定性与纳米梁参数之间的关系,求得振动响应的稳定解。结果显示:当无量纲阻尼由0.017 5增大至0.020 3或是激励电压幅值减小至1.8 V时,最大振幅分别衰减40%和50%左右;增大阻尼和反馈增益参数能够削弱甚至消除纳米梁超谐振动的非线性特性。该研究结果为控制纳机电系统非线性振动提供了一种新的理论方法。     

轴向运动三参数黏弹性梁的分岔与混沌

研究了轴向运动黏弹性梁在参数激励下的非线性动力学行为.采用牛顿第二定律推导了轴向运动梁的积分-偏微分控制方程,采用三参数模型本构关系描述了运动梁的黏性特征.运用四阶Galerkin截断方法将控制方程离散为常微分方程组,并采用四阶Runge-Kutta法对常微分方程组求解,得到了运动梁上各点的时间响应历程,进而分析了运动梁的分岔与混沌特征.通过时间历程图以及频谱分析图、相图、庞加莱映射图,呈现了系统的混沌现象.着重考察了三参数黏弹性对系统非线性动力学行为的影响.结果发现,轴向运动梁的非线性振动对黏弹性各个参数都很敏感.     

碳纤维材料正交索网非线性固有振动研究

文章研究了碳纤维材料正交索网的非线性固有振动;在考虑温度变化的基础上,建立了碳纤维材料正交索网几何变形的非线性振动控制方程,采用Galerkin原理及改进的L-P法求出了碳纤维材料正交索网非线性振动的近似解,并讨论分析了温度的改变量、振幅对碳纤维材料正交索网非线性固有振动的影响,得到的结论是:温度升高将使正交索网非线性自振频率降低,而振幅变大会使正交索网非线性自振频率增大。     

纳米梁非线性振动的静电反馈控制

针对静电激励作用下纳米梁非线性因素导致的振动不稳定问题,研究了当激励频率接近系统固有频率一半时纳米梁在静电激励作用下非线性振动的超谐共振控制。设计纳米梁非线性振动平行板静电反馈控制器,利用石墨烯薄膜阻变特性提取纳米梁的振动信号,利用静电反馈控制方法控制纳米梁的非线性振动。采用多尺度法研究纳米梁谐振器非线性振动超谐共振及其解的稳定性,得到类线性弹簧系统临界控制电压,并给出纳米梁尺寸和结构参数设计范围,为纳米梁谐振器的制造与控制提供理论分析和计算方法。仿真分析结果表明,反馈控制电压能够有效消除静电驱动非线性现象。     

悬臂梁振动系统的控制器设计

在采用有限元法建立压电智能梁动力学方程基础上,结合模态控制理论对压电智能梁振动控制的原理和策略进行了研究,对梁结构采用二次线性控制的独立模态空间控制法进行主动控制.通过数值分析,利用MATLAB仿真,结果表明:此种方法能有效地控制结构的振动.     

摆式悬吊调谐质量阻尼器基于慢变参数法的非线性优化研究

大幅响应下,摆式悬吊调谐质量阻尼器(PTMD)表现出非线性,以往研究PTMD时,将摆角等效线性化高估了其振动控制性能。文章运用拉格朗日方程推导了非线性模型的运动方程,采用Krylov-Bogoliubov慢变参数法推导了考虑摆角高次非线性的频响函数,并对比不同激励幅值下非线性模型与等效线性模型的结构响应,对PTMD非线性模型基于H₂准则进行了参数优化,得到了不同激励幅值下PTMD的最优设计参数,最后采用最优设计参数对某超高层结构模型进行时程分析验证。结果表明,激励幅值越大,非线性对结构响应的影响越大,等效线性模型越失真;在大幅值激励下,与线性模型优化的结果相比,考虑非线性进行参数优化后PTMD的减震率可以提高约10%。因此,考虑非线性优化设计可以有效提高PTMD振动控制性能。     

预应力自平衡索桁架的非线性固有振动

研究预应力自平衡索桁架的非线性固有振动.考虑温度变化及几何非线性影响,采用连续化理论导出点支式玻璃幕墙预应力自平衡索桁架支承体系非线性振动方程.通过Galerkin方法,将偏微分程转化为常微分方程,采用L-P法对常微分方程进行求解.结合工程实例讨论分析温度变化、振幅、初始张力、矢高等因素对点支式玻璃幕墙预应力自平衡索桁架支承体系非线性振动的影响.算例结果表明:预应力自平衡索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,具有较强的非线性,其固有振动频率随着振幅发生变化,其非线性振动呈现"硬弹簧"特性,非线性振动频率高于线性振动频率.     

轴向受力屈曲梁弱受迫振动的稳态响应

研究了均匀各向同性黏弹性梁的横向非线性振动, 该梁在支承两端受到一对轴向压力的作用而发生屈曲, 同时还受到横向简谐激励作用. 通过对屈曲梁的控制方程作坐标变换, 导出了以屈曲平衡位形为坐标轴的扰动方程. 在两端简支边界条件下, 运用Galerkin 方法将其离散化为多自由度非线性振动系统. 在存在内共振的情况下, 应用多尺度法计算得到弱受迫振动时前两阶模态的幅频响应曲线, 并发现了带有平方非线性项的系统所特有的饱和现象.     

玻璃采光顶预应力索桁架支承体系固有振动

考虑温度变化及几何非线性影响,采用连续化理论导出了玻璃采光顶预应力索桁架支承体系非线性振动方程。通过Galerk in方法,将偏微分方程转化为常微分方程,并采用L-P法对常微分方程进行了求解。结合算例讨论分析了温度变化、振幅、初始张力、矢高等因素对玻璃采光顶预应力索桁架支承体系非线性振动的影响。算例表明,预应力索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,具有较强的非线性,其自振频率随着振幅发生变化,其非线性振动呈现"硬弹簧"特性,非线性自振频率高于线性振动频率。     

内嵌伪弹性形状记忆合金纤维的复合材料空心梁动态有限元分析

以内嵌伪弹性形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料空心层合梁为研究对象,基于经典层合梁理论和有限元法,在考虑SMA的相变特性、材料非线性与基体变形相互耦合的基础上,按照虚功原理建立了SMA混杂复合材料空心层合梁的运动方程,并用Newmark积分法和牛顿迭代法对运动方程进行了数值求解,研究了SMA混杂复合材料空心层合梁的振动特性,分析了SMA对复合材料层合梁的振动抑制效果,讨论了温度、结构阻尼对空心层合梁动态响应的影响规律.结果表明:同一时刻下内嵌SMA纤维的空心层合梁自由端挠度较未嵌SMA纤维时的挠度明显降低;伪弹性SMA纤维在较高的温度下能更好地实现对层合梁的振动抑制;伪弹性SMA纤维对层合梁的振动抑制效果明显优于结构阻尼对层合梁的振动抑制效果.