横向磁场中矩形薄板在分布载荷作用下混沌分析

在应用Melnikov函数方法,给出受横向分布载荷作用下,矩形薄板的磁弹性耦合系统发生混沌运动的条件和混沌运动判据的基础上,建立了Duffing振动系统的微分方程,针对薄板的磁弹性耦合振动系统做了混沌运动分析.应用Matlab程序,对系统的混沌特性作了仿真实验分析,给出了不同γ值时的相图和位移波形图,并将本文(Ⅰ)中Melnikov函数法的判断条件与仿真结果作比较,两者的结果是一致的,而且仿真实验反映的混沌更具有丰富的数字特性.本文给出的方法可以推广到其他不同边界条件和不同外载荷条件下弹性薄板的磁弹性振动问题的研究.     

谐和激励与随机噪声作用下具有势的Duffing振子的混沌运动

本文研究了具有同宿轨道、异宿轨道Ф^6势的Duffing振子在谐和激励与高斯白噪声激肋联合作用下的混沌运动，基于同宿分叉和异宿分叉，由Melnikov理论推导了系统存在混沌的必要条件以及出现分形域边界的充分条件，结果表明：噪声的存在，降低了混沌运动的阈值，增大了参数空间的混沌域，进一步的研究发现，随着噪声幅值的增大，导致混沌运动的谐和激励的临界幅值单调减小，最后，数值模拟了系统的Lyvapunov指数，由最大Lyapunov指数为零得到了系统产生混沌运动的另一个阈值，并且发现此阈值也随着噪声幅值单调减小，最后进一步用Poincare截面研究了噪声对系统运动的影响。     

电磁与机械载荷作用下导电梁式板的超谐波共振

研究了电磁与机械载荷共同作用下梁式薄板的非线性超谐波共振问题．在给出薄板的电磁弹性运动基本方程及电磁力表达式的基础上,推得了横向稳恒磁场和机械载荷共同作用下梁式薄板的振动方程;应用伽辽金积分法,进一步导出了相应的非线性振动控制微分方程．采用多尺度法进行求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程．最后,通过算例,给出了相应的幅频响应曲线图和时间历程图,分析了板厚、磁场及激励幅值对系统振动的影响．     

含间隙齿轮碰振系统的全局动力学分析

为研究含间隙齿轮碰振系统的全局及周期运动的稳定性及分岔条件,建立了齿轮副主动轮的单自由度非线性动力学模型.运用非光滑系统Melnikov理论研究齿轮系统异宿轨道全局分岔条件,然后,求得各分段系统的通解,再将每个切换面作为Poincaré截面,运用组合映射的方法分析系统的周期运动特性.最后通过数值模拟,得到不同参数条件下系统的运动状态和分岔特性,验证了Melnikov方法分析齿轮非光滑系统的有效性.     

载流导线在磁场中混沌运动区域分析

在考虑电磁场对结构变形影响基础上,假设导线变形为小变形,采用弦的模型建立了载流导线在磁场中的周期激励作用下的横向振动控制方程.利用伽辽金原理及Melnikov方法推导出了载流导线发生混沌运动的临界条件,并讨论了导线张力、导线距离、电流等因素对载流导线混沌运动区域的影响.得到了如下的结论:载流导线的混沌运动区域随导线张力、导线距离的增大而变大;电流小于某一值时,载流导线混沌运动区域随电流增大而减小.     

船舶航向保持中的混沌运动控制

针对船舶航行中的混沌运动控制问题,从船舶操纵运动非线性模型入手,提出了一种基于受控混沌系统Melnikov函数的矩形脉冲微扰控制方法。控制方法利用矩形脉冲对混沌系统参量进行微扰控制。通过求解混沌系统的同宿轨道,构造受控混沌系统的Melnikov函数,结合Melnikov函数简单零点出现的边界条件以数学的方法确定微扰脉冲参数的取值,避免了实施混沌控制时控制脉冲参数选择的盲目性。船舶混沌运动控制的仿真实验显示,所提方法能将系统混沌运动快速稳定至周期轨道上,且其振幅降为原混沌系统的8.5%;同时实验结果表明了所提方法在船舶混沌运动控制中的有效性。     

1:2内共振条件下蜂窝夹芯板的两倍周期运动研究

主要利用推广的四维次谐Melnikov方法研究一类面内载荷与横向载荷联合作用下四边简支矩形蜂窝夹芯板的周期运动.首先,通过引入周期变换和相应的Poincaré映射,获得一个四维次谐Melnikov向量函数,通过对该向量函数简单零点的研究,得到一类四维非线性非自治系统周期运动的存在性判定定理.然后,利用推广的四维次谐Melnikov方法研究了1∶2内共振情况下蜂窝夹芯板的周期运动,获得了系统存在两倍周期运动的参数域.最后,对系统进行数值模拟,验证了理论分析的正确性.     

参数激励和外激励联合作用下薄板的非线性动力学

研究了在参数激励和外激励联合作用下四边简支矩形薄板的非线性动力学.基于von Karman理论,推导出了在参数激励和外激励联合作用下四边简支矩形薄板的动力学方程.利用Galerkin法对偏微分方程进行三阶离散,得到一个三自由度的常微分方程.考虑1:2:4内共振-主参数共振-1/2亚谐共振的情况,利用多尺度法得到了薄板系统的六维的平均方程.最后,采用数值方法研究了薄板的周期和混沌运动.结果发现外激励对薄板的混沌运动是敏感的.     

扁锥面单层网壳的非线性动力学特性

用拟壳法建立了正三角形网格三向扁锥面单层网壳的轴对称非线性动力学基本方程．通过分离变量函数法,用Galerkin法得到了一个含二次、三次的非线性微分方程．为了研究混沌运动,对一类非线性动力系统的自由振动方程进行了求解,给出了单层扁锥面网壳非线性自由振动微分方程的准确解．通过求Melnikov函数,给出了发生混沌运动的临界条件．数字仿真证实了混沌运动的存在．     

考虑刚-柔-热耦合的板结构多体系统的动力学建模

对热载荷作用下中心刚体与大变形薄板多体系统的动力学建模问题进行研究.基于Kirchhoff假设,从格林应变和曲率与绝对位移的非线性关系式出发,推导了非线性广义弹性力阵,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的有限元离散的动力学变分方程.为了考虑刚体姿态运动、弹性变形和温度变化的相互耦合作用,推导了热流密度与绝对节点坐标之间的关系式.引入系统的运动学约束方程,建立了中心刚体-矩形板多体系统的考虑刚-柔-热耦合的热传导方程和带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日动力学方程.为了有效地提高计算效率,将改进的中心差分法和广义-α法相结合,求解热传导方程和动力学方程,差分后的方程通过牛顿迭代法耦合求解.对刚-柔耦合和刚-柔-热三者耦合两种模型的仿真结果进行比较表明,刚体运动对温度梯度和热变形的影响显著.此外,本文建模方法考虑了几何非线性项,因此也考虑了热膨胀引起的轴向变形对横向变形的影响.     

一类参数激励和外激励联合作用下四边简支薄板的周期解

研究了一类参数激励和外激励联合作用下四边简支薄板在1:1内共振下的周期解分叉.首先,根据von Karman方程推导出四边简支薄板的运动控制方程,利用Galerkin方法得到参数激励和外激励联合作用下的两个自由度的运动方程.然后,通过引入周期变换和相应的Poincaré映射推广了次谐Melnikov方法.最后,对系统进行数值模拟验证了理论的正确性.     

不同位置四点支承矩形薄板的自由振动特性

研究不同位置四点支承条件下矩形薄板的自由振动特性.首先,在板结构模型的不同位置上引入横向约束弹簧,并设定人工弹簧的刚度值以模拟出四点支承的边界条件.然后,基于二维改进傅里叶级数表示结构的位移容许函数,其中改进部分的正弦附加项可解决以往位移函数在边界上可能存在的求导不连续问题.建立矩形板系统能量对应的泛函,令其取驻值建立线性方程组.最后,求解矩阵特征值问题得到点支承矩形板自由振动频率等参数,给出不同位置四点支承条件下矩形薄板的振动特性.所应用二维改进傅里叶级数法中,位移函数基于改进傅里叶级数展开时的附加项能够提高结果的精度和收敛速度.研究结果为不同位置点支承矩形板的自由振动问题提供一定的参考.     

Piezoelectric control of composite plate vibration: Effect of electric potential distribution

The paper deals with the vibration analysis of active rectangular plates. The plates considered are composites containing piezoelectric sensor/actuator layers, which operate in a velocity feedback control to achieve transverse vibration suppression. The piezoelectric layers are poled through the thickness and equipped with traditional surface electrodes. In order to satisfy the Maxwell electrostatics equation the widely used simplification of the electric potential distribution in the actuator layer (linear across the thickness) is replaced by a combination of a half-cosine and linear distribution in the transverse direction. The in-plane spatial variation of the potential instead of applying uniform distribution is determined by the solution of the coupled electromechanical governing equations with the natural boundary conditions corresponding to both the flexural and electric potential fields. The analysis is performed for simply supported plates. Two models of the plate are considered. In the first case the displacement field is based on the Kirchhoff hypothesis. For the second the Mindlin plate model is applied. The governing coupled equations describing the active plate behaviour are derived. The influence of the electric potential distribution and also the thickness of piezoelectric layers on the plate dynamics including the natural frequencies modification is numerically investigated and discussed.     

哈密顿体系下矩形薄板自由振动的一般解

根据弹性薄板自由振动问题的基本方程，把问题引入到哈密顿对偶体系中．x方向模拟为时间，选取弯矩，等效剪力，转角和挠度为对偶向量，得到了在不同边界条件时关于x轴对称和反对称时的解析解．算例研究了四边固支薄板的自由振动情形，从而推广了哈密顿体系的应用范围，验证了哈密顿体系求解方法在自由振动问题中的有效性．     

基于板单元形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法研究

为研究公路多片式梁桥的车桥耦合振动问题,提出一种基于矩形薄板形函数的车桥耦合振动分析方法.该方法以车轮与桥面接触点为界,将车桥耦合系统分为汽车与桥梁2个子系统,分别采用虚功原理与有限元法建立各自的运动方程,并通过车轮与桥面接触处的位移协调条件及车桥相互作用力的平衡关系相耦合,采用矩形薄板形函数实现车桥接触点位移与桥梁节点位移的联系以及车桥相互作用力的分配,通过迭代求解汽车和桥梁的运动方程得到其动力响应.根据分析方法的计算流程,编制了汽车 桥梁耦合系统的动力分析程序,并通过算例分析验证其可行性.研究结果表明,使用基于矩形薄板形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法得到的车桥动力响应具有较好的精度,该方法具有广泛的适用性,可为多片式梁桥的车桥耦合振动分析提供一种新思路.     

Application of boundary-domain element method to the free vibration problem of plate structures

The boundary-domain element method is applied to the free vibration problem of thin-walled plate structures. The static fundamental solutions are used for the derivation of the integral equations for both in-plane and out-of-plane motions. All the integral equations to be implemented are regularized up to an integrable order and then discretized by means of the boundary-domain element method. The entire system of equations for the plate structures composed of thin elastic plates is obtained by assembling the equations for each plate component satisfying the equilibrium and compatibility conditions on the connected edge as well as the boundary conditions. The algebraic eigenvalue equation is derived from this system of equations and is able to be solved by using the standard solver to obtain eigenfrequencies and eigenmodes. Numerical analysis is carried out for a few example problems and the computational aspects are discussed.