叠层板型元件模型干模态固有频率与振型分析

本文对一个叠层板层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，并采用隐式迭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。     

含裂纹旋转叶片结构的振动特征分析

利用铁摩辛柯悬臂梁简化模型分析计算含裂纹旋转叶片结构的固有振动特征.通过传递矩阵法推导出含裂纹悬臂梁固有频率及模态的数学方程式.分别应用传递矩阵法和有限单元法对实际悬臂梁的固有频率和模态进行计算,比较两种计算结果的差异和变化趋势.最后分析裂纹的位置和尺寸对固有频率和模态的影响.计算结果表明:传递矩阵方法能够很好地描述结构的固有振动特征,为实际工程应用提供有效的解析计算方法.     

弹簧连接质量块压电悬臂梁低频和超宽频性能优化

针对压电悬臂梁因固有频率过高、频带窄等原因导致的振动能量采集效率低、实际应用效果不佳的问题,通过欧拉-伯努利梁的特征频率方程,分析悬臂梁收集能量的特性和振动学特性,得到影响压电悬臂梁固有频率的3个参数：有效刚度、有效质量和自由端惯性矩。提出一种通过改变整体有效刚度来优化悬臂梁的弹簧连接质量块式结构,并进一步通过改变结构的惯性矩得出多自由度弹簧悬臂梁,降低了梁的固有频率,并在仿真实验中得到验证。仿真实验中发现由于两阶谐振频率间距减小而产生频带叠加的现象,通过两阶频带分解解释其产生的可能性。实验结果得出弹簧连接质量块式悬臂梁结构较传统而言,输出电压提高30%,频带拓宽为原来的2.5倍;虽然与质量块悬臂梁相比改善效果不明显,但引入多自由度后输出电压最高能提高60%,频带拓宽最高为质量块悬臂梁的3.3倍。     

双连杆弹性机械臂悬臂梁模式动力学方程

以竖直平面内双连杆弹性机械臂Bernoulli-Euler梁为对象,用Lagrange方程建立了双连杆弹性机械臂悬臂梁模式分布参数动力学方程,并进行离散化,得出可进行数值仿真的动力学方程.     

传递矩阵法分析弹性支承裂纹管道的失稳临界流速

研究两端线性弹簧支承且含有圆周非贯穿裂纹的输流管道的失稳临界流速.根据梁模型模态函数的一般表达式和裂纹处的关联式,采用传递矩阵法推导出含裂纹梁的模态函数,根据系统的特征方程具体探讨了裂纹部位、裂纹径向和周向尺寸参数对裂纹管道失稳临界流速的影响.数值仿真结果表明:由于管道裂纹的存在,系统的静态失稳和动态失稳临界流速将发生复杂的变化,管道失稳形态将随参数值的变化出现静态屈曲失稳和动态颤振失稳,并将相互转化.     

疲劳裂纹叶片振动的非线性特性研究

以带疲劳裂纹悬臂梁为例研究疲劳裂纹对叶片固有频率及强迫振动响应的影响。应用传递矩阵法求解裂纹叶片振动响应,选用余弦函数模拟疲劳裂纹的开合过程,理论分析了裂纹叶片的非线性振动特性,并进行裂纹试件实验。理论分析及实验结果都表明疲劳裂纹不仅使悬臂梁的固有频率下降,而且引起强迫振动响应的非线性特征。最后,就叶片裂纹故障监测特征量的选取做了分析、讨论。     

识别悬臂梁上的裂纹位置及大小

阐述了一种识别悬臂梁受拉边的裂纹位置及大小的理论方法、采用刚度系数为K的弹性铰,模拟危险裂纹的影响,建立了含裂纹梁的挠曲线方程数学模型．该模型得到了有限元对含裂纹梁进行数值分析解的验证。由能量平衡原理和应力强度因子理论,建立了弹性铰刚度系数与裂纹长度的关系。阐述了对待识别参数（裂纹位置及裂纹长度）的初始值进行选取的比较法,最后,用正则化反分析迭代法,对裂纹的位置及长度进行识别。     

阻尼连接塔结构的动力响应分析

本文提出框架与塔之间用粘滞阻尼器连接,以减少附加外框架的石化高塔结构在风荷载作用下的动力反应.将这类结构简化为悬臂梁与弹簧和阻尼连接结构.基于经典梁理论,本文建立了分段连续梁的自由振动控制方程,求解了附加弹簧和阻尼系统的固有频率,并利用数值方法讨论不同物理参数对系统固有频率的影响,此结论可为实际工程中框架塔优化设计提供理论依据.     

识别悬梁上的裂纹位置及大小

阐述了一种识别悬臂梁受拉边的裂纹位置及大小的理论方法。采用刚度系数为Ｋ的弹性铰,模拟危险裂纹的影响,建立了含裂纹梁的挠曲线方程数学模型。该模型得到了有限元对含裂纹梁进行数值分析解的验证。由能量平衡原理和应力强度因子理论,建立了弹性铰刚度系数与裂纹长度的关系。阐述了对待识别参数（裂纹位置及裂纹长度）的初始值进行选取的比较法,最后,用正则化反分析迭代法,对裂纹的位置及长度进行识别。     

中间支撑轴向运动微梁的横向振动研究

首先基于Euler梁模型和修正偶应力理论,利用虚功原理建立中间支撑轴向运动微梁横向自由振动控制方程,采用有限差分法对控制方程进行离散化,结合两端简支的边界条件导出系统广义复特征方程;然后计算并分析轴向运动微梁横向振动固有频率随轴向运动速度、梁厚度、预应力等参数的变化,将部分结果与经典理论所得结果进行了对比,给出了特定参数下的前两阶模态函数,据此说明弹簧刚度及布置位置对系统振动的影响;最后导出计算临界速度的离散方程,讨论了预应力和弹簧刚度对临界速度的影响.结果表明:轴向速度增大则固有频率降低;材料内秉特征尺寸参数对梁的振动特性影响显著;各阶固有频率随着轴向预应力的增大而增大;预应力增大导致临界速度增大;弹簧对固有频率和临界速度的影响不仅与弹簧刚度有关,而且与布置位置有关.     

基于Chebyshev-Ritz法分析多裂纹梁自振特性

基于弹性力学平面应力理论,利用Chebyshev-Ritz法分析多裂纹梁的自振特性. 根据裂纹情况将裂纹梁分成若干个梁段,用边界函数与第一类Chebyshev多项式的乘积构造各梁段的位移函数,具有很好的收敛性,能够适用于不同的几何边界条件. 用Ritz法得到各梁段的振动方程,根据各梁段之间的位移连续条件整合方程,建立整个裂纹梁的振动特征方程. 计算结果与有限元分析和相关文献数据吻合很好. 分析裂纹深度和位置对自振特性的影响. 随着裂纹深度的增大,裂纹梁的频率减小,振型的幅值变大,且影响的程度会受裂纹的位置影响.     

单侧裂纹梁的冲击实验

为了认识裂纹面在截荷作用下接触情况,对边裂纹梁在冲击载荷作用下裂尖裂纹面的接触情况进行了试验研究．冲击载荷是通过重锤从不同高度上自由下落到梁端获得的,裂纹面在裂尖处的接触情况通过嵌固干该处的压电陶瓷片转换为电信号,并传输给数据采集系统．给出具有一个边裂纹及二个边裂纹的梁在不同冲击载荷下接触力的时程曲线,从中可以看出在动载荷作用下裂纹面接触的一些特点．     

基于Euler-Bernoulli方程微悬臂梁弛豫分析

为探讨微机电系统中悬臂梁结构弛豫动力学特性,本文基于Euler-Bernoulli方程,计入空气滑膜阻尼对悬臂梁弛豫过程的影响,采用分离变量法导出悬臂梁挠度弛豫表达式;给出临界阻尼、过阻尼、欠阻尼梁挠度弛豫算例;利用ANSYS中瑞利阻尼模型对微悬臂梁临界阻尼、过阻尼、欠阻尼弛豫进行仿真,挠度弛豫过程在梁固定端附近与理论差异较大,仿真数据与理论偏差随挠度增加.     

An efficient wavelet finite element method in fault prognosis of incipient crack

Typical structural damage is evidenced by emergence and expansion of incipient crack that is not easy to detect[1]. The crack fault is one of the major causes for damage of the large-scale complicated structure. A serious consequence of expanding crack is frequent occurrence of grave accidents. As a consequence, one of the important orientations in the field of fault diagnosis is to monitor and prognose the location and depth of incipient crack. Prognosis of the incipient fault is a new subjec…     

Experimental and numerical study on crack propagation in pre-cracked beam specimens under three-point bending

A simultaneous experimental and numerical study on crack propagation in the pre-cracked beams specimens(concrete-like materials) is carried out using three-point bending flexural test. The crack propagation and coalescence paths of internal cracks in side beam specimens are experimentally studied by inserting double internal cracks. The effects of crack positions on the fracturing path in the bridge areas of the double cracked beam specimens are also studied. It has been observed that the breaking of concrete-like cracked beams specimens occurs mainly by the propagation of wing cracks emanating from the tips of the pre-existing cracks in the numerical and experimental analyses, respectively. The same specimens are numerically simulated by an indirect boundary element method(IBEM) known as displacement discontinuity method(DDM) using higher displacement discontinuity. These numerical results are compared with the existing experimental results. This comparison illustrates the higher accuracy of the results obtained by the indirect boundary element method by using only a small number of elements compared with the discrete element method(PFC2D code).     

A numerical method for multiple cracks in an infinite elastic plate

This article examines the interaction of multiple cracks in an infinite plate by using a numerical method. The numerical method consists of the non-singular displacement discontinuity element presented by Crouch and Startled and the crack tip displacement discontinuity elements proposed by the author. In the numerical method implementation, the left or the right crack tip element is placed locally at the corresponding left or right crack tip on top of the constant displacement discontinuity elements that cover the entire crack surface and the other boundaries. The numerical method is called a hybrid displacement discontinuity method. The following test examples of crack problems in an infinite plate under tension are included： “ center-inclined cracked plate”, “interaction of two collinear cracks with equal length”, “interaction of three collinear cracks with equal length”, “interaction of two parallel cracks with equal length”, and “interaction of one horizontal crack and one inclined crack”. The present numerical results show that the numerical method is simple yet very accurate for analyzing the interaction of multiple cracks in an infinite plate.     

清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析

利用室内实验测试研究层段页岩储层的物性参数、岩石力学参数和天然裂缝分布特征参数,建立了清水压裂过程中缺陷性岩体应力场—损伤场—渗流场耦合本构模型和破坏准则。通过Comsol软件进行有限元数值模拟,分析地层分别在拉伸和压剪应力下裂缝的扩展规律,天然裂缝系统开启时,页岩储层水力压裂可以形成人工裂缝网络。当水力裂缝扩展至天然裂缝时,裂缝的宽度有明显的增加,且水力裂缝方向发生改变,沿天然裂缝两翼的其中一翼扩展,另外的一翼并没有扩展。天然裂缝间存在着明显的互相干扰。多裂缝产生的过程是从多个小裂缝向少数大裂缝发展的过程,最终的裂缝条数取决于裂缝之间的连接性;地应力、天然裂缝、射孔井段、射孔方式、地层倾角、施工排量与液体黏度等,是影响多裂缝形成的主要因素。     

复杂边界条件轴向功能梯度梁动力学分析

为分析复杂边界条件及截面属性对轴向功能梯度梁动力学特性的影响,采用Gauss-Lobatto节点与Chebyshev多项式对变截面轴向功能梯度梁变形场进行离散,利用Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导了系统的离散控制方程,通过投影矩阵法施加经典及弹性连接边界条件,分析了材料梯度指数、截面变化率、弹性支撑边界条件、末端集中质量等因素对系统固有频率的影响.结果表明:截面变化率和材料梯度指数对固有频率的影响因边界条件不同而不同;悬臂梁的前一阶量纲一的固有频率随着截面变化率的增大而增大,其他情况下则随截面变化率的增大而减小;悬臂梁的一阶固有频率随材料梯度指数先增大后逐渐减小,而其余各阶频率均显示出增大的趋势,而两端固支梁的前两阶频率呈现减小趋势,后两阶频率则显示出增大的趋势;两端简支梁各阶固有频率皆随材料梯度指数增大而增大;随着弹性支承刚度的增大各阶固有频率均呈阶梯状增大,但当弹性支撑刚度较小时,旋转弹簧相较线性弹簧对系统固有频率影响更大;末端附加质量将使固有频率减小且对高阶固有频率的影响更大.     

边界元法在断裂力学数值计算中的应用研究

给出一个适用于平面断裂力学分析的新边界积分方程,在此方程的基础上建立了边界元数值计算方法.对Griffith裂纹问题进行了编程计算,用裂尖位错密度与应力强度因子的关系计算出了该问题的应力强度因子.     

预应力型钢混凝土梁开裂截面中和轴高度分析

针对正常使用荷载下允许出现裂缝的预应力型钢混凝土梁，推导了开裂截面的中和轴高度方程，并给出了该三次方程的近似解和解析解，为进一步深入理解其正常使用性能打下了基础。