热、力、磁耦合作用下大挠度矩形薄板的分岔与混沌特性

针对大挠度三边简支一边自由矩形薄板,研究其在热、力、磁耦合作用下的分岔与混沌运动特性。在板壳与磁弹性力学理论的基础上,导出薄板在耦合场共同作用下的非线性控制方程,利用伽辽金原理得到薄板的非线性热磁弹性耦合振动方程。由次谐轨道Melnikov函数法,求出该动力系统Smale马蹄变换意义下出现混沌运动的阈值条件,并对该系统振动方程进行数值模拟,得到系统随机械载荷、电磁场以及温度场的参数变化的分岔图及相应的位移波形图、相平面轨迹图及庞加莱截面图。由仿真结果可知,在热、力、磁耦合作用下的大挠度矩形薄板系统的振动方程具有明显的非线性,运动特性比较复杂,呈现出非常丰富的混沌与分岔现象。通过变化机械载荷、电磁场和温度场参数,可以控制系统的振动特性。     

横向磁场中载流薄板模态截断问题研究

根据板壳理论与磁弹性理论,在不考虑感应电场,仅考虑机械场与磁场的相互耦合作用情况下,在薄板非线性运动方程、物理方程、几何方程、洛仑兹力表达式及电动力学方程的基础上,建立在横向磁场和机械载荷共同作用下的大挠度载流矩形薄板的非线性运动方程.以三边简支一边自由矩形薄板为例,给出板的单模态运动方程和双模态运动方程.利用数学计算软件,采用四阶Ronger-Kuta数值方法,模拟非线性系统在单、双模态位移模式下的时程图、庞加莱截面图、相轨迹图.讨论电磁参数和外载荷参数对板在单、双模态位移模式下的非线性行为的影响及差异.结果表明,这些参数对薄板的运动有较大的影响,通过调整电磁参数可控制系统的混沌运动,以实现对系统运动特性的控制.     

耦合场中弹性圆形薄板在混沌状态下的应力分析

在给出圆薄板的非线性电磁弹性耦合运动基本方程及电磁力表达式的基础上,得到在横向稳恒磁场、环向电流和机械载荷共同作用下简支圆薄板的振动方程,并采用四阶Runge-Kutta法求解方程,得出圆板的弹性变形及应力状态.通过变化磁感应强度和电流密度,使系统由周期状态进入混沌状态;由分岔图与最大Lyaponov指数图判定系统是否进入混沌状态;并讨论磁场与电流对系统应力状态的影响.     

三边简支载流薄板在交变磁场中的稳定性分析

针对三边简支、一边自由的载流矩形薄板,利用马丢方程解的稳定性,研究在交变磁场与机械载荷共同作用下的磁弹性稳定性问题.在导出载流薄板在电磁场与机械载荷共同作用下的磁弹性动力稳定方程的基础上,应用伽辽金原理将方程整理为马丢方程的标准形式.利用马丢方程系数的本征值关系,得出载流薄板磁弹性动力失稳临界状态的判别方程.通过具体算例,给出该矩形薄板在交变磁场中,动力失稳临界状态与相关参量之间的关系曲线及变化规律,并与均匀磁场中情形相比较.研究结果表明:变化电磁场的性质和大小,改变通电电流参数,均可改变电磁力的状态,从而达到控制载流薄板稳定性的目的.     

载流条形薄板的非线性应力与变形分析

在所建立的载流条形薄板的非线性磁弹性基本方程--运动方程、几何方程、物理方程和电动力学方程的基础上,通过变量代换,整理成含有10个基本未知函数的标准柯西型方程.采用差分及准线性化方法,将含有10个基本未知函数的偏微分方程组,变换成能用离散正交法编程求解的准线性微分方程组.由此计算分析两边简支条形薄板在电磁场和机械载荷耦合作用下的应力与变形,研究侧向电流和外磁场强度对载流条形薄板的磁弹性效应.     

四边简支载流矩形薄板的磁弹性动力屈曲分析

在载流薄板的磁弹性非线性运动方程、物理方程、几何方程、洛仑兹力表达式及电动力学方程的基础上,导出四边简支载流矩形薄板在电磁场与机械载荷共同作用下的磁弹性动力屈曲方程.应用Galerkin原理将该屈曲方程整理为Mathieu方程的标准形式,并利用Mathieu方程解的稳定区域与非稳定区域的分界,即方程系数的本征值关系,得出磁弹性问题屈曲临界状态的判别方程.通过具体算例,给出四边简支矩形板的磁弹性动力屈曲方程以及屈曲临界状态与相关参量之间的关系曲线,并对计算结果及其变化规律进行分析讨论.     

对边简支载流矩形薄板在电磁场中的稳定性分析

针对对边简支、另一对边固定载流矩形薄板,利用Mathieu方程解的稳定性,研究在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性稳定性问题。在导出载流薄板在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性动力稳定方程的基础上,应用Galerkin原理将稳定方程整理为Mathieu方程的标准形式,并将其归结为对Mathieu方程的求解问题。利用Mathieu方程系数、 的本征值关系,得出载流薄板磁弹性动力稳定临界状态的判别方程,并给出当 为小激励时的稳定区域图,以及Mathieu方程稳定解区域和非稳定解区域的分界。最后通过具体数值算例,给出该矩形薄板的磁弹性动力失稳临界状态与相关参量之间的关系曲线。研究结果表明,变化电磁场和通电电流的参数,可以改变电磁力的状态,从而达到控制载流薄板的变形,应力、应变状态及其稳定性的目的。     

旋转运动导电圆板磁气弹性横向振动分析

基于Kirchhoff薄板理论并应用哈密顿原理,建立旋转运动导电圆板的磁气弹性横向振动基本方程。根据电磁场基本原理并结合一种简化的气动模型,给出旋转运动圆板所受电磁力和气动载荷的表达式。运用伽辽金法进行积分,得到圆板的磁气弹性轴对称自由振动微分方程。通过算例,得到两种边界约束条件下圆板的固有振动特性曲线图,分析了固有频率随磁感应强度、板厚、气动力、旋转速度的变化规律,给出了临界阻尼下磁感应强度与板厚、气动力、旋转速度之间的关系曲线图并进行了分析。     

横向磁场中矩形导电薄板的内共振特性分析

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,得到横向磁场作用下矩形薄板的磁弹性振动方程。针对一边固定三边简支的矩形薄板,通过位移模态展开并利用Galerkin法分离时间和空间变量,得到两自由度内共振非线性振动微分方程。采用多尺度法对模态方程组进行求解,得到了系统1∶3内共振情况下前两阶振动模态相互耦合的特征方程。通过算例,得到了关于系统内共振幅值的时程响应图和相图,分别讨论了无阻尼情况下系统初值、板厚以及有阻尼情况下磁场强度对内共振特性的影响,结果表明系统呈现明显的非线性内共振特征。     

含载流梁传感器元件的共振特性研究

为研究电磁场和温度场耦合作用下的含载流梁传感器件的非线性热磁弹性动力学行为,在弹性梁与磁弹性力学理论的基础上,应用动力学方法建立了系统耦合振动方程。应用非线性振动分析方法,针对非线性强弱求得了系统受Lorentz力和热力共同作用的1/3次亚谐共振情况的一次近似解以及对应的定常解,对其进行了数值计算,当电磁场、温度场、电流、调谐值等参数控制在合理范围内,可以有效抑制共振的发生。在研制电磁元器件时,将这些参数控制在合理范围内,可以保证元器件的工作安全可靠,抑制共振的发生;若电磁元器件做为关键零部件制作传感器时,参数选取合理,会增加传感器的灵敏度及可靠性。