基于动力刚度法的体外预应力梁自振频率分析

用预应力梁-杆组合结构模拟体外预应力梁,以体外预应力简支梁为例,建立了预应力梁杆单元动力刚度矩阵。采用动力刚度法,进一步推导出预应力梁-杆组合结构的整体动力刚度矩阵,利用Williams-Wittrick算法求解频率。本文以理论推导为基础,引入了动力刚度法。最后通过算例,讨论了各种因素对梁横向的振动特性的影响,并与试验值比较。计算结果表明:动力刚度法能够精确有效的求解体外预应力混凝土梁的横向振动问题。     

考虑弹丸与身管轴向运动耦合的火炮系统时变动力学分析

将火炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁，基于伯努利-欧拉梁理论和广义Hamilton原理，推导了考虑梁内张力的轴向运动梁振动方程。采用变量替换的方法把时变振动方程转换为固定区域的变系数微分方程。再用假设模态法和Galerkin法对控制微分方程进行空间离散求解。利用高精度时间有限元求解该时变方程，用两个算例验算振动方程的准确性。最后数值模拟移动弹丸对身管横向振动的影响。     

复杂变截面梁的轴向自由振动分析的近似方法

介绍了带有附加影响的变截面梁轴向自由振动问题的求解方法－模态摄动法，这一方法在由等截面均匀梁低阶主模态函数组成的模态子空间中，将复杂梁的变系数微分方程的求解化为线性代数方程组的求解，从而简化了计算过程，通过与其它方法的比较，说明了本文方法的优越性。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

轴向运动梁的横向随机响应

轴向运动梁是许多飞行器结构的简化模型,随着长细比增加和质量减小,梁的弹性特征愈加明显,同时运动速度对运动梁的振动特性也有显著影响。根据汉密尔顿原理(Hamilton’s principle),推导出轴向运动欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁模型受横向激励作用时的动力学控制方程。首先,在有轴向力和无轴力情况下分别对方程进行无量纲化、复模态分析,得到统一形式的频率方程和模态函数,可以用数值方法求解其固有频率和模态函数。然后,将动力学方程解耦为一个微分方程组,求解方程组,得到轴向运动梁在横向激励下位移的响应。最后,用数理统计的方法,计算随机响应的相关函数,再做傅里叶变换(Fourier transform)后得到复数形式的随机响应谱。数值算例的结果表明,轴向运动速度对自由梁的振动特性和随机响应有显著影响。     

用动态刚度法分析旋转变截面梁横向振动特性

通过引入动态刚度法分析旋转变截面梁的振动特性。首先基于欧拉-伯努利梁理论给出旋转变截面梁自由振动方程,然后通过动态刚度法推导该旋转梁的动态刚度矩阵,最后运用MATLAB中的fzero函数求解特征值方程得到旋转梁横向振动的固有频率和模态振型。数值计算结果证明了动态刚度法的精度和有效性,同时分析了轮毂半径、转速以及渐变系数对固有频率的影响。     

变高度悬臂箱梁剪力滞效应的半解析解

以等截面Euler梁的自由振动模态为Ritz基函数,提出了一种求解变高度箱梁剪力滞微分方程组的Ritz法。该方法首先进行与箱梁相同跨度相同边界条件等截面欧拉梁模态分析,然后将箱梁的竖向挠度和剪切转角用模态及其导数的线性组合来表达,从而将变分法所得箱梁剪力滞微分方程组转化为线性代数方程组进行求解。在此基础上,研究了参与计算模态阶数和截面高度变化率对计算误差的影响,算例分析结果表明:箱梁高度变化越大,Ritz法的收敛速度越慢;但随着参与计算模态阶数的增加,Ritz法将收敛到解析解。采用12阶以上模态进行计算,所得的剪力滞系数误差小于5%。     

变高度悬臂箱梁剪力滞效应的半解析解EI北大核心CSCD

以等截面Euler梁的自由振动模态为Ritz基函数,提出了一种求解变高度箱梁剪力滞微分方程组的Ritz法。该方法首先进行与箱梁相同跨度相同边界条件等截面欧拉梁模态分析,然后将箱梁的竖向挠度和剪切转角用模态及其导数的线性组合来表达,从而将变分法所得箱梁剪力滞微分方程组转化为线性代数方程组进行求解。在此基础上,研究了参与计算模态阶数和截面高度变化率对计算误差的影响,算例分析结果表明:箱梁高度变化越大,Ritz法的收敛速度越慢;但随着参与计算模态阶数的增加,Ritz法将收敛到解析解。采用12阶以上模态进行计算,所得的剪力滞系数误差小于5%。     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。     

多约束条件下采煤机摇臂横向振动分析及试验验证

摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小摇臂简化成刚性杆以及调高油缸简化成弹簧阻尼系统;然后,根据欧拉-伯努利梁理论构建采煤机摇臂横向振动微分方程,并基于等效替换原则构建其约束方程;接着,利用谐波函数法对采煤机摇臂的横向振动微分方程进行求解,得到其各阶模态的固有频率解析式;最后,利用采煤机模型进行摇臂模态试验,并与理论计算结果进行对比验证。结果表明：基于理论模型计算得到的摇臂前6阶模态的固有频率为1 129,7 036,7 118,17 756,19 800和30 100 Hz,通过试验测得的摇臂前6阶模态的固有频率为1 078,6 268,6 310,15 886,18 938和27 714 Hz;计算值相对于试验值的误差分别为4.73%,12.25%,12.81%,11.77%,4.55%和8.61%,均小于15%,在合理误差范围内。研究结果表明,所建立的采煤机摇臂横向振动模型具有一定准确性和实用性,可为采煤机摇臂的结构优化提供理论支撑。     

无粘结智能预应力简支梁的力学性能研究

针对混凝土简支梁的挠度控制问题,提出了在梁中使用随活载变化而变化的智能预应力方法,即根据梁承受的荷载情况,通过梁端智能锚具的顶升、回缩改变梁中的预应力大小,从而实现梁的挠度始终控制在目标范围内。研究中以一根跨中挠度为控制目标的智能预应力简支梁在移动荷载作用下的力学分析,推导了结构的控制微分方程,并通过数值算例演示了智能预应力梁的工作过程,说明了控制思想的可行性。     

用振动法进行PRC梁的预应力损失检测

本文首先通过一根预应力钢筋混凝土(PRC)梁振动测试实验，证实了PRC梁的弯曲振动自振频率随着预应力的降低而有所增加，其规律与受轴压力梁的自振频率受轴力的影响基本一致，因此采用受轴压力梁的模型作为PRC梁的计算模型，然后针对试验梁的情况，通过比较选择合适的边界条件模型，并采用神经网络方法，识别其边界条件的参数，在此基础上，再用神经网络识别预应力损伤，通过数值模拟和实测数据分析得到，通过振动测试用神经网络是可以识别PRC梁的预应力损失的。     

黏弹性Pasternak地基梁振动的复模态分析

运用复模态分析研究了有限长黏弹性Pasternak地基梁的振动特性,将梁的振动方程写成状态方程,利用复模态的正交性解耦为常微分方程组,得出复频率和复模态及任意初始条件下外激励的响应。通过两个具体算例对比,分析了简支边界条件下的Pasternak地基梁的固有频率和模态函数的特征,并通过文中给出的复模态函数,计算了两种典型外激励作用下的动力响应。     

弹性支承输流管道在分布随从力作用下的稳定性

以两端弹性支承梁的振型函数为试函数,采用Galerkin法对在流动流体和分布随从力共同作用下管道的运动微分方程进行离散。通过求特征值,研究了两端弹性支承输流管道在分布随从力作用下复频率的变化以及失稳时的临界流速。分析了支承刚度、分布随从力、流速、质量比对输流管道振动与稳定性的影响。数值计算结果表明,支承刚度的变化对临界流速有较大的影响,支承刚度的变化和分布随从力的大小及方向会影响输流管道失稳类型。     

轴向受压中间支承梁的横向振动和稳定性

研究了一端固支且自由端轴向受压具有中间支承梁的横向振动和稳定性。利用边界条件推导了此种梁频率方程及分段振型函数的解析表达式。根据频率方程讨论了中间支承位置变化对梁固有频率的影响。应用Ritz-Galerkin截断方法,采用梁的前四阶振型对梁的运动微分方程进行离散化处理,讨论了梁在各个中间支承位置处的失稳形式。发现了在梁上存在一个特殊的中间支承位置ξl,当中间支承位置ξbξl时,随着压力p从零开始增加,梁先发生颤振失稳,当中间支承位置ξbξl时,则梁先发生发散失稳,而在中间支承位置ξl处,梁由颤振失稳跳跃到发散失稳。     

埋设悬跨海底管道的屈曲分析

考虑海床刚度,研究了埋设悬跨海底管道在热膨胀引起的轴向压力下的屈曲问题。传统方法是将悬跨管道简化为两端简支或者两端固支梁来处理。基于欧拉-伯努利梁理论,考虑线弹性海床刚度和轴向压力,建立并求解了埋设段管道和悬跨段管道在自重作用下的四阶常微分方程,获得了两段管道的静挠度和内力的解析公式。通过对静挠度的特性分析,给出了埋设管道段和悬跨管道段的稳定性判断准则。     

Nonlinear deterministic and random response of shallow shells

Deterministic and random vibrations are considered for the case of shear deformable shallow shells composed of multiple perfectly bonded layers. The nontrivial generalization of the flat plate vibrations is expressed by the fact of “small amplitude” vibrations existing about the curved equilibrium position together with the snap-through and snap-buckling type large amplitude vibrations about the flat position. The geometrically nonlinear vibrations are treated by applying Berger’s approximation to the generalized von Karman-type plate equations considering hard hinged supports of the straight boundary segments of skew or even more generally shaped polygonal shells. Shear deformation is considered by means of Mindlin’s kinematic hypothesis and a distributed lateral force loading is applied. Application of a multi-mode expansion in the Galerkin procedure to the governing differential equation, where the eigenfunctions of the corresponding linear plate problem are used as space variables, renders a coupled set of ordinary time differential equations for the generalized coordinates with cubic and quadratic non-linearities. For reasons of convergence, a light viscous modal damping is added. The nonlinear steady-state response of shallow shells subjected to a time-harmonic lateral excitation is investigated and the phenomenon of primary resonance is studied by means of the “perturbation method of multiple scales”. The use of a nondimensional formulation and introduction of the eigen-time of the basic mode of the associated linearized problem provides a unifying result with respect to the planform of the shell. Within the scope of random vibrations, it is assumed that the effective forces can be modelled by uncorrelated, zero-mean wide-band noise processes. Considering the set of modal equations to be finite, the Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) equation for the transition probability density of the generalized coordinates and velocities is derived. Its stationary solution gives the probability of eventual snapping after a long time has elapsed. However, the probability of first occurrence follows from the (approximate) integration of the nonstationary FPK equation. The probability of first dynamic snap-through is derived for a single mode approximation with the influence of higher modes taken into account. Using the two-mode expansion, the probability distribution of the asymmetric snap-buckling is also evaluated.     

基于开关控制的智能预应力结构模型试验

针对活载与恒载比值高的情况,提出了梁中预应力随活载变化而变化的智能控制方法,即根据梁承受的荷载情况,在梁中配置适当的智能锚具,通过智能锚具的顶升、回缩改变梁中的预应力大小,从而实现梁监控点处的挠度或应变始终被控制在目标范围内.基于开关控制算法,采用模拟信号控制系统进行了智能预应力简支梁在缓慢移动荷载作用下的挠度控制试验...     

汽轮发电机转子磁拉力对弯曲振动的影响

探讨了采用预应力法求解发电机转子磁拉力与弯曲振动问题的可行性，导出了有关的计算公式。采用强应力法在ANSYS平台上进行了计算，自编有限元程序对结果作了验证。