移动质量-梁振动的时空有限元法数值分析

为了获得移动质量沿梁匀速运动的系统动态响应,建立了时空有限元数值求解模型.考虑移动质量惯性项,得到移动质量-梁时变系统的动力学方程.应用时空有限元法.得到了移动集中质量作用下Bernoulli-Euler梁离散单元的质量矩阵、刚度矩阵.与Newmark-β法、Wilson-θ法计算结果进行比较,时空有限无法计算梁的动态响应的精度更高.     

含表面裂纹简支梁的非线性振动分析

对含表面裂纹简支梁在大幅振动下的几何非线性进行了理论分析,从建立了梁的非线性振动的半解析解.用Rayleigh方法将振型函数表示为线性模型振型函数的组合,建立了梁非线性振动的第一阶振型函数的显式表达式,数值模拟计算了不同的裂纹深度和给定不同第一函数系数a1对梁最大位移的影响.建立的显式方程简单,易于工程应用.     

基于二次插值重构有限元法的动态裂纹扩展模拟

基于二次插值重构有限元法（Twice interpolation Finite Element Method, TFEM）分析动态断裂力学问题并进行数值实验,考察TFEM在裂纹动态扩展模拟中的准确性和可靠性.由于TFEM保证节点处梯度场的连续性,因此裂尖附近的应力场可以得到较好的逼近.把该算法成功移植到自主开发的三维裂纹扩展仿真软件（ZonCrack）中.利用ZonCrack进行的裂纹扩展,分析结果表明：TFEM得到裂尖应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF)与解析解基本一致;裂纹扩展的模拟结果与实验值吻合良好.     

移动质量与梁耦合系统固有频率的计算与分析

建立了在移动质量减速运动情况下,通过获取梁的挠度响应曲线,数值仿真实验获得耦合系统的基频;在移动质量匀速运动情况下,通过获取梁的跨中挠度响应曲线,数值仿真实验获得梁的基频;以及用来计算耦合系统各阶固有频率的特征值方法的理论。数值算例结果表明,这类耦合系统的各阶固有频率不仅与质量比有关,而且与位置比也有关,若用梁的固有频率取代耦合系统的固有频率或用实验值代替理论值有时会产生较大的误差．     

金字塔型点阵夹芯梁振动特性分析

研究了金字塔芯层点阵夹芯梁的自由振动和非线性受迫振动特性.基于折线理论推导出两端简支金字塔型点阵夹芯梁的非线性动力学方程.计算点阵夹芯梁固有频率并进行了验证.分析了杆件半径、杆件倾斜角度和芯层高度对点阵夹芯梁固有频率的影响.研究了点阵夹芯梁在不同激励幅值和不同结构参数下的非线性幅频响应特性.结果表明,随着各结构参数的增大,夹芯梁的固有频率均呈先增大后减小的变化规律,并且芯层结构参数对点阵夹芯梁的非线性响应存在复杂影响.     

基于光纤光栅的悬臂结构疲劳裂纹实验研究

疲劳以及裂纹对机械结构的寿命和生产安全都有着重要的影响。针对叶片等悬臂类结构设计了一种采用光纤光栅进行疲劳测量的方法,通过对比实验证实了裂纹对结构疲劳过程的影响。实验结果表明：完整叶片结构试件的固有频率为124.2 Hz,经过5×106次循环后固有频率和光栅波长均无明显变化;而有0.1 mm深度裂纹的固有频率为123.3 Hz,经过5×106次循环后固有频率变为86.68 Hz,证实了裂纹对疲劳寿命的影响。     

商业卫星西/东天线振动基板有限元分析

使用MSC Marc分析在实际约束下基板的正弦扫描频率谱、瞬态动力响应分析等,使基板在振动试验要求的重量和对接尺寸条件下响应相对位移量满足要求, 同时保证基频条件下实现基板轻量化设计和满足吊装、零重力展开等试验要求.     

多频简谐激励下裂纹梁的非线性振动响应

主要对含裂纹梁在振动与超声波联合激励下所出现的非线性动力响应的机理和特性进行研究.将疲劳裂纹在外加激励下的状态简化为周期性张开-闭合的非线性过程,基于圣维南原理,采用有限元方法建立了含非对称疲劳裂纹梁的非线性数值分析模型.利用非线性输出频率响应函数(NOFRFs)概念,对裂纹梁在高-低频简谐激励下所出现的非线性动力响应特性的机理进行了解释.具体以悬臂梁为例,仿真分析了裂纹深度和裂纹位置等参数的变化对系统非线性动力响应特性的影响规律.     

带裂纹石墨烯增强金属泡沫梁的振动特性研究

分析了带裂纹功能梯度石墨烯增强金属泡沫梁的自由振动.采用Timoshenko梁理论进行建模,裂纹由无质量扭转弹簧模拟,利用Halpin Tsai微观力学模型预测材料的有效性能.通过哈密顿原理,得到了带裂纹功能梯度石墨烯增强金属泡沫(FG GPLRMF)梁的运动方程及其边界条件.采用微分变换法分析带裂纹FG GPLRMF梁的自由振动.结果表明,带裂纹FG GPLRMF梁的振动特性受到石墨烯几何尺寸、孔隙类型和石墨烯分布的影响显著.     

孔边角疲劳裂纹的扩展仿真及分析

给出了一种利用有限元技术模拟周期性张力载荷作用下孔边角裂纹扩展过程的方法。首先利用一系列点定义裂纹前沿,据此形成包含奇异单元的二维有限元网格,再扩展为三维网格．然后利用有限元法进行应力应变分析,最后使用Paris定律计算局部扩展增量．以此来更新裂纹的形状和尺寸。该方法还能够自动地重复执行扩展仿真。文中还对三个不同半径的四分之一椭圆形边角裂纹扩展过程进行了仿真和分析比较,以此来取得裂纹在扩展过程中的形状变化特征和不同方向上扩展的特征。     

基于扩展有限元法的黏聚性裂缝模型的混凝土梁断裂过程模拟

为研究混凝土梁的断裂过程,提出用基于二维扩展有限元法（eXtended Finite ElementMethod,XFEM）的黏聚性裂缝模型模拟混凝土简支梁在集中载荷作用下的断裂过程.推导考虑近裂尖奇异性的基于XFEM的黏聚性裂缝模型,得出裂缝开度随裂缝长度的变化曲线;对上述模型与相关文献用有限元结合节点释放技术对相同时间的裂缝扩展的计算结果进行比较,二者结果吻合良好,并与实际裂缝扩展过程相符.计算结果证实基于XFEM的黏聚性裂缝模型能有效进行混凝土梁的断裂过程模拟.     

基于有限单元法的汽车称重传感器

分析集成化称重板式轮重秤的设计原理，提出采用辐板式称重传感器作为动态称重系统压力元件的设计方案，重点阐述利用有限元软件进行传感器敏感元件模型设计、网格划分、施加载荷与边界条件的过程；根据敏感元件的应力分布规律，找到应变片的布片规律和具体位置，组成全桥差动电路，使车辆轮胎载荷作用在秤台平面的不同区域均可以测出其准确重量．通过传感器的动态响应试验分析其频率响应特性．     

悬臂梁大变形的向量式有限元分析

为分析悬臂梁的几何非线性行为,用向量式有限元法将结构离散成质点系以及质点间的连接单元.根据牛顿第二定律得到每个质点在内力和外载荷作用下的运动方程以及悬臂梁在每个时刻的变形用该时刻质点系的运动表示.结合刚架元的节点内力和等效质量得出质点位移的迭代计算公式,采用FORTRAN编制计算程序,对悬臂梁分别承受集中载荷和弯矩下的大变形进行算例分析.计算结果与理论解吻合较好,表明该方法能很好地模拟分析悬臂梁的大变形.     

Free vibrational analysis of axially loaded bending-torsion coupled beams: a dynamic finite element

In this article, a dynamic finite element formulation for the free vibration analysis of axially loaded bending-torsion coupled beams is presented. Based on the Euler–Bernoulli and St. Venant beam theories, the exact solutions of the differential equations governing the uncoupled vibrations of an axially loaded uniform beam are found. Then, employing these solutions as basis functions, the analytical expressions for uncoupled bending and torsional dynamic shape functions are derived. Exploiting the principle of virtual work, together with the variable approximations based on the resulting shape functions, leads to a single frequency dependent element matrix which has both mass and stiffness properties. The application of the theory is demonstrated by an illustrative example of a bending-torsion coupled beam with cantilever end conditions, for which the influence of axial force on the natural frequencies is studied. The correctness of the theory is confirmed by the published results and numerical checks.     

The use of finite element techniques for calculating the dynamic response of structures to moving loads

This paper presents a technique for using standard finite element packages for analysing the dynamic response of structures to time-variant moving loads. To illustrate the method and for validation purposes, the technique is first applied to a simply supported beam subject to a single load moving along the beam. Finally, it is applied to the problem that initiated the work: calculation of the effects of two-dimensional motion of the trolley on the response of the base structure of a mobile gantry crane model.     

有限元法的轴向运动梁的激励功率谱辨识

主要考虑弯曲变形的细长轴向运动梁,可以作为工程中广泛应用在航天器天线、液体输送管道、汽车驱动带、电梯缆索等的简化机构.对轴向运动柔性梁线性微分方程,采用复模态分析方法导出两端简支和固支边界条件下的固有频率方程;采用Ritz法建立轴向运动梁的有限单元法模型.基于该模型在多种边界条件下进行梁的横向振动分析,并开展定点激励下激励功率谱的辨识.仿真结果表明,与传统的Galerkin截断方法相比.有限元方法能够克服分析方法的建模困难,对复杂边界梁进行有效的分析,对激励的功率谱能够有效地辨识.     

Some analytic and finite element solutions of the graphene Euler beam

In this work, we provide some novel analytic and finite element solutions to the Euler–Bernoulli equation for graphene beams. Comparisons of the solutions and error analysis are demonstrated.     

两端带有弹簧支撑的轴向运动梁振动分析

研究外部激励下,两端带有弹簧支撑的轴向运动梁的横向振动.运用广义哈密顿原理,推导得到运动梁的控制方程.通过数值方法研究系统的固有频率和模态,解析分析得到轴向运动梁的临界速度表达式并考虑弹簧刚度对临界速度的影响.发现临界速度随弹簧刚度增大而收敛于某一值.运用Galerkin截断法数值研究两端带有弹簧支撑的轴向运动梁的稳态幅频响应曲线,并通过计算力传递率来研究系统的隔振效果.发现力传递率在高频外激励下存在多个峰值.     

基于有限元法的膨化机模盘的强度评价

随着现代人生活水平的不断提高,越来越多的人们开始饲养宠物,宠物饲料的需求日益增长.某全球知名宠物饲料生产公司的饲料成型模具出现开裂现象,导致宠物饲料生产品质下降,生产中断,进而影响生产效率,加大生产的耗费.针对该公司目前使用的饲料膨化机磨盘进行机械强度分析.通过计算机有限元法计算机仿真软件Marc,模拟仿真膨化物料挤压进模盘时的工况,计算分析,并校核模板的强度,指出现有的模盘的结构中存在的强度失效的薄弱部位.