层合薄壁圆柱壳1:1内共振研究

针对一端固定,一端自由的层合薄壁圆柱壳模型,根据Donnell’s非线性简化壳理论建立其非线性振动方程。采用Galerkin方法对非线性振动方程进行离散化,应用平均法对系统包含两个相邻轴向模态的非线性振动响应进行了解析分析,与数值模拟进行了比较,并得到了不同参数对层合薄壁圆柱壳复杂的振动响应的影响。结果表明,1）由于所选的两个相邻轴向模态频率相距较近,能量在两个模态之间相互传递,系统存在1:1内共振现象;2）系统复杂的振动响应受激振力大小和非线性项的影响比较大,而对于阻尼不敏感。     

轴向变速黏弹性Rayleigh梁非线性参数振动稳态响应

研究非线性轴向运动黏弹性Rayleigh梁因速度周期变化产生的亚谐波共振。轴向运动速度在平均速度附近做简谐周期性脉动。通过取物质导数的Kelvin本构关系描述Rayleigh梁的黏弹性。运用多尺度近似解析方法,构建轴向运动Rayleigh梁的非线性偏微分方程的可解性条件,分析参数振动稳态响应的振幅与扰动速度频率关系。并运用微分求积方法直接离散非线性Rayleigh梁的控制方程,以验证近似解析方法分析。通过数值算例,分析了系统参数对稳态响应曲线的影响。     

轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动

研究轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动的稳态响应。由广义Hamilton变分原理推导出轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向振动的控制方程及相应的边界条件。模型中考虑剪切模量、转动惯量对梁的影响。黏弹性本构关系中运用Kelvin模型并引入物质时间导数。对控制方程施用直接多尺度法,建立强受迫共振的可解性条件,得到稳态响应振幅与激励频率关系曲线。应用Routh-Hurwitz判据判断稳态响应振幅的稳定性。利用数值结果给出不同参数下,如非线性系数、激励振幅与黏弹性阻尼等对稳态幅频响应及稳定性影响。     

有限深度介质上梁非线性能量汇减振的Winkler地基实现

土-结构相互作用对结构动力学特性的影响是一种具有非线性能量汇特征的效应。利用考虑土体质量的Winkler地基梁理论,将有限深度弹性介质等效为非线性能量汇系统的附加质量,建立简谐激励下弹性介质上简支梁系统的非线性动力学模型。采用Galerkin方法和增量谐波平衡法分析了弹性介质上简支梁的非线性动力响应。利用数值计算方法验证了理论结果的正确性,并分析了非线性能量汇的有效性。通过参数优化和分析,揭示了不同参数范围内Winkler地基的减振效果,讨论了其最佳参数范围。研究结果表明：在合理的参数范围内,弹性介质对其支承梁的动力响应有良好的抑制作用,能够快速有效地吸收共振条件下的振动能量,并具有良好的鲁棒性。优化后的非线性能量汇可使梁的共振幅值降低超95%,且具有较宽的减振频带。研究成果从非线性能量汇的角度展现了土-结构相互作用效应的减振机理,为基于弹性地基设计的结构振动抑制提供了理论依据。     

计及非齐次边界条件的面内变速运动黏弹性板的稳态响应

研究非齐次边界条件和1∶3内共振下面内平动黏弹性板的横向非线性1∶2主参数振动的稳态响应。考虑黏弹性对边界条件的影响,建立了面内平动板的偏微分运动方程和相应的非齐次边界条件。采用直接多尺度法建立了次谐波参数共振时的可解性条件,并根据Routh-Hurvitz判据判别了系统幅频响应的稳定性。讨论了速度扰动幅值和黏弹性系数对幅频响应的影响,对比了齐次和非齐次边界条件下稳态响应的差异。最后,引入微分求积法验证直接多尺度法的近似解析结果。     

四边固支功能梯度矩形板的主共振分析

针对四边固支约束的陶瓷-金属材料功能梯度矩形板,在给出非均匀材料的应力应变关系及非线性几何方程基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了相应的达芬型非线性振动方程。应用多尺度法对非线性系统的主共振问题进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了共振下解的稳定性判别条件。作为算例,给出了不同参数下功能梯度矩形板共振的幅频曲线图和动相平面相轨迹图,讨论了不同参数对系统非线性振动特性的影响     

声振系统中高频能量流分析法研究进展

能量流分析法是预测声振系统中高频动力响应的一种有效手段,该方法引入的假设条件较少,并可基于声振系统的几何模型计算随空间变化的稳态动力响应,应用上具有很大的优点。本文首先回顾了不同结构件（包括杆、梁、板及复合结构）各种波场的能量微分方程及其理论基础的发展过程,然后,针对不同类型的声振系统耦合形式,包括结构/结构耦合,结构/流体耦合及其它耦合情况,说明了基于能量流分析的耦合问题处理方法的发展,最后,说明了计算随机激励下声振系统响应的随机能量流分析法的相关研究,以及其与经典统计能量分析法间理论关系研究的进展情况。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

参数激励驱动微陀螺系统的非线性振动特性研究

对于一类典型的切向梳齿驱动型微陀螺,建立两自由度、具有刚度立方非线性和参数激励驱动的微陀螺系统动力学模型。考虑主参数共振和1∶1内共振的情况,利用多尺度法获得周期解的解析形式,并利用分岔理论,得到Hopf分岔条件,结合数值模拟系统的动力学响应,揭示系统参数对驱动和检测模态振幅和分岔行为的影响机制。研究结果表明,在1∶1内共振和较大的载体角速度下,激励频率的变化容易引起微陀螺振动系统的多稳态解、振幅跳跃现象和概周期响应等复杂动力学行为。     

复杂耦合动力系统振动响应的统计估计方法研究

复杂耦合动力系统是一种常见的工程力学系统,分析了复杂耦合动力系统振动响应的统计估计问题.首先通过动态系统的统计能量分析(SEA)方程,应用扰动法推导随机系统的能量平衡方程,进而推导复杂耦合系统响应的统计估计公式.在分析复杂耦合系统的响应统计估计时,重点分析各种形式激励对系统响应统计估计的影响以及载荷参数的确定方法.分析表明,相互独立的载荷作用是相关载荷作用时的一种特殊情况,它们可以应用统一的计算公式来表达.根据建立的响应统计估计方法,设计了相应的试验件,验证其正确性,试验结果表明,应用该推导得到的理论公式,系统响应的相对偏差能有效的减小,得到的能量平均值能够与试验值较好地吻合.     

非线性弹簧支承悬臂输液管道的分岔与混沌分析

研究悬臂输液管道系统在自激励、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学行为,揭示系统运动的规律。建立了非线性弹簧支承悬臂输液管道的运动微分方程,以线性弹簧支承条件下悬臂梁的固有频率和振型函数作为近似,采用李兹-伽辽金方法对非线性运动微分方程进行离散化,经过数值计算,利用分岔图、相图和功率谱图分析系统的非线性动力学响应,得到了流体平均流速和流体与管道质量比对系统周期运动和混沌运动的影响规律。研究结果表明,当流体平均流速较小时,系统的响应首先表现为周期运动,随着流体平均流速的增大,系统的响应通过系列倍周期分岔而进入混沌运动,又经由系列倍周期倒分岔转化为周期运动。随着流体与管道质量比的减小,系统出现混沌运动的临界流体平均流速值减小,这说明通过改变流体与管道质量比参数可以控制系统的振动形态。     

基于速度反馈控制的自激振动特性研究

工程中自激振动常被作为不利因素而加以抑制,然而在振动能量捕获等振动利用研究中,自激振动也有振幅响应大、抗干扰能力强等优点,利用自激振动作为振动驱动将具有极大的优势。以悬臂梁为研究对象,通过模态参数与测点组合条件,导出了基于速度反馈控制下各阶模态的变化模式,得到了产生自激振动的数值判据,并对单模态进入自激振动以后的非线性极限环现象进行了讨论。通过理论建模、数值仿真和控制实验及数据处理,验证了该研究的正确性。     

矩形脉冲激励下悬挂式弹簧系统冲击特性的研究

以悬挂式弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性无量纲动力学方程,利用龙格—库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统悬挂角为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了系统悬挂角以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,系统悬挂角、阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为悬挂式弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

基于统计能量法的排气管道系统的振动和噪声分析与研究

基于统计能量分析(SEA)原理,结合压缩机排气管道系统的实际结构尺寸建立了SEA模型。采用理论及经验结果讨论了统计能量分析法三个重要参数确定,利用现场测试壳体加速度来确定输入功率。运用AutoSEA2004仿真软件预测了距离管道系统外部一定距离的声压级,并与现场测试所得数据进行了对比分析,结果表明,预测管道系统的总声压级为102.7dB(A),比实测结果低4.2dB(A),在500 Hz以上主要频段上,预测曲线与实测曲线吻合较好,为管道系统噪声治理提供了数值仿真依据。     

冲击荷载下一端简支一端固支高桥墩的动力屈曲

考虑剪切变形和大位移的影响,建立一端简支一端固支高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;利用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。通过数值算例比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响     

强风下高压输电塔线系统非线性随机动力响应

根据有限元分析得到单塔的非线性刚度软化特征,结合平均风下导线的动力特性,依据Lagrange方程建立了简化的输电塔线耦联系统的MDOF模型,将其应用于统计线性化方法,计算了系统在强风荷载下的非线性随机动力响应频域近似解。与数值模拟计算结果的比较显示,该方法的计算结果不仅具备一定的精度,还可以对系统动力失稳的临界风荷载作出判断。     

直升机旋翼桨叶鸟撞动态响应计算

基于旋翼综合气弹分析程序,求解出直升机旋翼桨叶在飞行过程中的稳态响应。以此作为鸟体撞击桨叶的初始状态,采用非线性流-固耦合算法,建立了直升机旋翼桨叶鸟撞动力学方程,利用直接数值积分方法求解桨叶的动态响应。并讨论了鸟体速度、质量、撞击位置、桨叶根部约束和离心力等参数对桨叶动态响应的影响,从而为直升机桨叶抗鸟撞设计提供一些理论依据。     

微分求积法处理轴向变速黏弹性梁混杂边界条件

给出了一种利用微分求积法处理非线性轴向变速黏弹性梁的混杂边界条件的方法。利用微分求积法数值求解具有混杂边界轴向变速黏弹性梁的控制微分方程,将混杂边界条件直接引入到控制微分方程高阶导数的微分求积解权系数矩阵中。使用这种方法研究了非线性轴向变速黏弹性梁主参数共振的稳态幅频响应,并对算例的微分求积解和解析近似解做了比较。     

强非线性振动系统的通用化求解程序及应用

基于研究强非线性振动系统的待定固有频率法,应用Mathematica符号运算语言,编写适用于计算多自由度系统稳态渐近解的通用化程序。在将传统理论向高维复杂系统进行推广的同时,进一步实现应用过程中涉及常微分耦合系统简化、高阶规范形计算等具体运算环节的系统化与程序化,极大地提高了理论推导的效率。基于提出的程序化方法,研究一类碳纳米管强非线性振动系统,计算其规范形和稳态渐近解,并据此讨论阻尼系数和激振力对于振动幅值的影响。最后将定量分析结果与数值结果进行对比,验证了程序化方法的有效性。     

基于三次迟滞模型的超声电机圆环定子主共振响应

摘 要 将改进的三次多项式迟滞模型用于描述压电材料的弹性迟滞非线性特性,建立了压电材料二维非线性本构关系。根据Hamilton原理和Rayleigh-Ritz假设模态方法,建立了不考虑界面力时旋转行波超声电机圆环定子驻波振动的非线性动力学模型。用多尺度法求解定子的一次近似主共振响应,通过定常解分析,发现定子主共振响应中存在振幅跳跃和多解现象,着重分析了压电材料弹性迟滞非线性参数对主共振响应的影响。结果表明,迟滞参数a使幅频响应曲线左偏并出现多解现象,迟滞参数a和b同时影响系统响应振幅的大小。数值计算验证了解析解的正确性。从理论上揭示了压电材料弹性迟滞非线性对圆环定子主共振响应的影响,为超声电机的优化设计和控制提供了理论依据。