变速移动载荷激励浮冰层的位移响应特性

基于弹性薄板假设和势流理论,利用薄板振动微分方程以及运动学边界条件建立了变速移动载荷激励浮冰层位移响应的理论计算模型.采用傅里叶-拉普拉斯变换的方法进行求解,通过数值计算获得浮冰层的位移响应.将退化到匀速情况的计算结果与实冰实验数据进行比较,发现临界速度的值以及临界速度下冰层位移响应的波形特征与实验结果相一致;此外,以匀加速载荷为例,通过改变加速方式、冰厚、水深等参数,分析了不同加速方式下浮冰层位移响应的特征,明确了水深、冰厚等因素对浮冰层位移响应的影响,揭示了移动载荷加速度与破冰效率间的关系.     

移动荷载下离散粘弹性点支承长梁的有限元分析

研究了单个和多个移动荷载作用下离散粘弹性点支承长梁的动力响应.把长梁、离散的粘弹性支座和移动荷载视为一个系统,利用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统的振动方程组,用Wilsonθ法求解该振动方程组,得到梁的位移时程曲线.举例分析了梁的抗弯刚度、支座的粘弹性特性及移动荷载的速度对梁动力响应的影响.计算结果表明:增大支承点的弹簧刚度、阻尼系数及梁的抗弯刚度都有利于减小梁的动力响应;随荷载速度的提高,梁的动力响应有所增大.图7,表1,参16.     

基于梁刚体元模型的圆柱风致响应耦合分析

基于梁刚体元方法提出了圆柱风致响应分析的近似模型,通过计算流体动力学(CFD)求解器FLUENT及其动网格方法求解流体方程,实现了结构与流体的流固弱耦合分析,并利用精细积分法提高了结构的动力分析效率.针对梁刚体元近似模型、刚性模型与弹性模型,比较了不同风速下三维圆柱结构的顶部位移与加速度响应.结果表明,随着风速的增大,结构横向振动幅值呈非线性增加;不考虑耦合作用的刚性模型计算结果误差较大.     

内嵌自主移动钢球欧拉梁自适应碰撞减振研究

结合内嵌自主移动质量子系统梁/板实验平台的实验结果,对共振激励下的内嵌自主移动钢球欧拉梁自适应碰撞减振系统进行了研究.采用弹簧、阻尼表现碰撞过程中的弹性恢复与能量耗散,将碰撞机制转化为线性弹簧-阻尼模型,并基于赫兹接触理论对相关参数进行了估算.通过分析建立了碰撞的开始与结束条件,以及系统的分段线性动力学控制方程,数值计算结果充分表明了内嵌自主移动钢球自适应碰撞减振的内在机理与有效性.在钢球随机碰撞作用下,梁的振动响应为概周期振动,一阶共振激励下单个钢球的碰撞减振效果为7.5%,二阶共振激励下为6.1%.通过与假定钢球在其他位置实施碰撞减振的效果进行比较,证明了内嵌钢球的自适应碰撞减振特性.     

基于能量准则的压电悬臂梁振动控制

基于现代控制理论,选用结构控制能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR法,利用压电材料对悬臂梁进行结构振动的主动控制。首先,按能量准则编写程序对简支条件下控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)进行理论计算。然后,利用Matlab系统仿真,演示了梁中点受初始位移激励时,一阶模态位移的控制曲线和控制电压随时间变化的曲线。最后,以表格的形式表示了R取不同值时,在初始位移激励下,振动停止的时间及其控制电压的最大值,从而体现出该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的。     

热载荷作用下非对称支承嵌入SMA丝复合材料弹性梁的横向自由振动

基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构方程,建立了热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的一维热弹性本构关系.利用横向微幅自由振动的特征方程,求解了一端不可移简支一端固定约束条件下梁在均匀升温过程中的线性振动响应,获得了嵌入SMA丝复合材料弹性梁的前四阶固有频率随温度变化的特征关系曲线.结果表明,形状记忆合金丝相变过程中的回复应力和弹性模量的变化对梁的各阶固有频率均有影响,是实现梁自振频率主动控制的一种方法.     

城市轨道交通列车-浮置板式轨道系统竖向振动模型

针对浮置板式轨道结构特点,取相邻2个扣件之间的轨道为1个轨段单元,钢轨视为连续弹性点支承Euler梁,浮置板视为弹性薄板,扣件系统及橡胶支座均模拟为线性弹簧及粘滞阻尼器,建立浮置板式轨道振动模型;将城轨列车中的车辆均离散为多刚体系统,各刚体之间通过线性弹簧及粘滞阻尼器相连,建立列车振动模型;将浮置板式轨道及列车振动势能叠加,得到系统竖向振动总势能：基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统竖向振动矩阵方程;采用Wilson-θ逐步积分法求解此矩阵方程,得出此系统竖向振动响应。研究结果表明：采用浮置板式轨道振动模型计算的钢轨竖向位移为4．18mm。浮置板竖向位移为0．69mm,与已有研究结果吻合良好：城轨列车以速度60km／h在浮置板式轨道上运行时的系统竖向振动响应波形图符合物理概念,响应的量值反映了系统竖向振动的通常幅值。     

简支梁的组合谐波共振

研究了简支梁在两个激振力作用下的组合谐波响应.建立了梁振动的Duffing方程,采用经典的L-P法对其进行求解,分析了强迫振动的组合谐波共振的成因、类型和特点.由得到的频率-振幅响应曲线,研究了激励强度、频率和阻尼对响应振幅的影响.     

弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振响应分析

基于建立的弹性地基不可伸长梁的非线性动力学模型,针对横向简谐激励下弹性地基梁的3次超谐共振响应进行研究,分析了主要参数对其非线性动力学特性的影响.利用多尺度方法,求得弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振幅频响应方程,进而得到梁的幅频响应曲线并分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值及边界条件等对梁非线性动力响应的影响.结果表明:三参数模型中第二弹性层促进梁动力响应软弹簧特性的发展,且该模型强化梁动力响应的非线性特性;外激励幅值对梁3次超谐共振响应的动力学特性有一定影响,引起骨架曲线初始偏移量的改变.     

含MR阻尼器的简支梁振动响应分析

基于由粘性阻尼和回滞阻尼组成的阻尼模型,对磁流变(MR)流体的动力学特性进行了研究.应用迭代摄动法讨论了含有MR阻尼器的振动系统的非线性频谱并且给出了带有MR流体阻尼器梁结构的计算结果,并应用Newm ark数值积分方法分析了带有MR阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同磁场强度和激励频率作用下的位移响应情况.结果表明,系统的刚度和响应的变化可以通过外加磁场强度来控制,随着磁场强度的增加,响应幅值减小,结构的刚度变大.     

约束形式对钢筋混凝土复合防护梁抗撞性能的影响

在前期研究的刚柔复合防护结构体系的基础上,针对钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能进行了分析研究,重点在于探讨梁端约束条件可能对防护效果产生的影响。在数值模拟的过程中,分别考虑了无防护、刚性防护、柔性防护和阵列式刚柔复合防护四种不同的措施以及两端固支、两端铰支和一端固支一端铰支三种不同的梁端约束形式。通过观测钢筋混凝土梁的应变、位移、加速度、冲击力等参数,对比分析不同防护装置的抗撞效果。数值结果表明,在相同的冲击条件下,尽管复合防护的效果最优,但梁的约束形式仍对动力反应峰值的抑制效果有显著影响,其中又以两端固支梁的防护效果为最好。     

加速移动质量作用下简支梁的动态响应

考虑移动质量块的加速度、质量和梁自身的质量等因素,研究了移动质量作加速运动时简支梁的动态响应．从简支梁的控制方程出发,采用伽辽金截断对简支梁模型进行离散化,由此形成了系统的动力学方程．数值分析时,首先考虑质量块作匀速移动时梁的动态响应,根据前人给出的结果验证了建模及计算的准确性和有效性;然后重点研究了质量块在加速移动时简支梁的动态响应,分析了加速度等参数对系统动态响应的影响．研究表明,质量块在匀速移动时和加速移动时,简支粱的动态响应有着显著的不同．     

带挠性梁的充液飞行器边界控制

考虑在惯性空间中全充液挠性飞行器的控制模型,轻挠性梁一端固于刚体,另一端自由。系统动力学方程由主刚体欧拉方程、液体的平均化Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程和梁的欧拉方程耦合而成。研究表明,借用适当的作用于梁自由端的边界控制,作用于主刚体的控制力矩及作用于液体“等效刚体”的阻尼力矩,能使整个系统稳定。     

空间展开机构模型动力学实验与计算

为了研究空间展开机构的展开过程、锁定碰撞及其振动响应,对由1个中心刚体、2个铰链接的柔性梁构成的展开系统模型进行了研究,用有限段梁单元以及碰撞连续力模型的方法建立多体模型,使用自己开发的多体动力学软件对系统展开过程仿真。设计了实验方案和测量方法,构建了展开系统物理模型,研制了面阵CCD光学测量系统,在4m×1.7m气浮平台上对展开过程进行了测量。对非对称展开的数学仿真和实验结果进行了频谱分析和对比,并用特征系统实现算法识别出系统锁定后振动的模态参数,为振动控制提供了必要的信息。     

计及铰链间隙的机械臂动力学建模与仿真

工程中的机械多体系统都存在铰链间隙问题,铰链间隙使系统的约束条件、自由度数目和拓扑结构发生变化.根据Hertz接触定律和Coulomb摩擦定律,建立了含间隙平面旋转铰的力学模型;采用几何变形约束法和模态缩聚技术描述了柔性机械臂的非线性变形;同时考虑两个旋转铰的间隙特性和柔性臂的弹性,最终采用Kane方程建立了含铰链间隙的刚-柔机械臂系统的动力学模型.以Mathematica软件为编程工具.对含两个铰链间隙的双刚性臂系统进行了仿真计算,得到了更加真实的动力学响应.     

一类刚柔耦合系统的动力刚化分析

该文对附着在空间运动体上柔性悬臂梁的动力刚化问题进行了研究，采用微元法建立了中心刚体作任意三维运动时梁作横向二雏振动和纵向一维振动的柔性梁动力学方程，此动力学方程计及了动力刚化效应。采用假设模态法对柔性梁进行离散，离散时计及了横向变形对纵向变形的耦合。通过一个仿真算例分析了动力刚化效应对梁变形运动的深刻影响。     

廻转梁受强动载荷作用的刚-塑性动力响应

核电站及化学工厂中的一些管道结构不可避免地会受到强动载荷的作用,本文基于理想刚塑性模型,分析了在跨度中点受刚性质量块横向撞击作用的甩动管理论模型,即一端铰支,一端自由的廻转梁的塑性动力行为。给出了描述廻转梁早期响应历程的完全解,详细讨论了质量比等有关参数对结构变形和塑性能量耗散的影响以及初始输入能量的分配。研究结果表明,质量比参数对梁结构的动力行为有重要的影响;在能量耗散方面,输入的能量并不全部转化为塑性耗散能,至少有一部分输入能量要转化为动能。     

二次加速度及其合成定理

本文以微分几何为工具,推导出做曲线运动的点的二次加速度表达式、刚体运动的二次角加速度表达式以及点做一般运动时的二次加速度合成定理。文末给出了应用合成定理进行机构二次加速度分析的示例。     

基于BP神经网络的桥梁移动荷载识别精度

为了识别作用于桥梁结构上的移动荷载,基于反向传播神经网络方法,开展了输入参数对荷载识别精度影响的分析.首先利用ANSYS模拟移动集中力通过简支T梁桥,得到了主梁跨中位移、速度和加速度时程曲线;其次基于MATLAB建立反向传播神经网络结构,分别将桥梁结构的位移、速度和加速度动态响应数据作为反向传播神经网络的输入参数,移动荷载大小作为输出参数,研究不同输入参数对荷载识别精度的影响;然后分别选取位移和速度、位移和加速度、速度和加速度以及三者组合的工况进行多参数输入的优化设计;最后,以某4跨预应力混凝土连续T梁桥工程为背景,以重车下的竖向加速度实测数据验证了该反向传播神经网络用于识别实桥上简单移动荷载的可行性.结果 表明:利用反向传播神经网络进行移动荷载大小识别时,单输入参数的识别精度由高到低依次为加速度、速度、位移,建议在实际工程中采用较易获取的加速度数据作为输入参数进行荷载识别;多参数组合输入可以提高移动荷载的识别精度,其中速度和加速度组合可以实现较优的识别效果;实测数据证明了该反向传播神经网络用于简单的实桥荷载识别是可行的.相关研究结果可为桥梁载荷识别及桥梁结构的性能评价提供参考.     

刚柔耦合系统的几何非线性运动稳定性

针对由中心刚体与柔性附件所组成的平面型刚柔耦合系统,不仅研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响,同时考虑柔性附件的拉伸变形、截面转角变化与弯曲变形的相互耦合作用,并且以非线性几何关系作为基本出发点,建立了柔性变形、姿态运动之间的非线性耦合动力学模型。基于上述非线性模型,利用能量积分构造Lyapunov函数,分别以中心刚体不转动和中心刚体匀速转动为无扰运动,证明了非线性系统关于姿态角速度、挠性变形位移和应变等扰动变量的稳定性。