含压电结构的FGM悬臂板非线性动力学分析

针对含压电层功能梯度材料（FGM）悬臂板的非线性动力学问题,提出了基于von-Karman理论和Reddy三阶剪切变形理论的FGM板动力学方程,建立了以表面覆盖（P/FGM/P）和埋置压电层（FGM/P/FGM）的FGM板模型,利用Galerkin法对偏微分方程组进行离散,通过Runge-kutta算法求解方程组并对系统进行数值分析,得出控制电压和压电层铺设方式对系统非线性动力学行为有很大的影响,板的横向振幅随着正电压的升高而减小,随着负电压的增大则增大,另外控制电压对P/FGM/P混合板振动的影响更为显著。     

蜂窝夹芯圆柱壳在冲击内压作用下的轴对称动态响应

文章应用弹性动力学理论研究了蜂窝夹芯圆柱壳在冲击内压作用下的轴对称动态响应。首先,依据均匀化理论将蜂窝夹芯材料等效为均匀连续的正交各向异性材料;其次,把动态径向位移分解为准静态部分和动态部分,推导蜂窝夹芯圆柱壳动态响应的解析表达式;最后,用有限元模拟蜂窝夹芯圆柱壳在冲击内压作用下的动态响应,并与数值结果对比。研究结果表明,这种方法计算冲击内压作用下蜂窝夹芯圆柱壳的动态响应结果精确可靠。     

横向流中细长圆柱体的非线性行为分析

研究了横向流中具有非线性支承的细长圆柱的非线性力学行为。利用微分求积法将横向流中细长圆柱体的运动偏微分方程离散为常微分方程组,采用分岔图、相平面图等方法分析了横向流速变化对系统响应的影响。结果表明:所研究的系统存在周期运动和混沌运动,可用微分求积法来离散时滞的动力系统的运动方程。     

有随机初始缺陷的轴压圆柱薄壳的动力稳定性分析

基于非线性大挠度壳体理论对有初始几何缺陷的轴压圆柱壳导出了Ｄｏｎｎｅｌｌ型偏微分方程；应用Ｒｉｔｚ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ法和动力屈曲准则对圆柱薄壳进行了动力稳定性分析．进一步，为了探索把缺陷敏感理论结合到工程实际中去的途径，应用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法对带有随机初始几何缺陷的轴压圆柱薄壳的动力稳定性进行了可靠性分析．     

汽车后桥主减速器非线性振动研究

以汽车后桥主减速器为研究对象,考虑了齿面摩擦、齿侧间隙以及动态传递误差等非线性因素影响,建立了8自由度准双曲面齿轮副动力学模型。通过引入齿轮副啮合线相对位移,为动力学模型缩减了一个自由度,简化了计算。利用数值计算的方法求解了无量纲化后的微分方程,得到系统稳态响应,并考查了动摩擦系数、外部载荷和轴承支承刚度对系统动力学响应的影响。结果表明,减小动摩擦系数、增加外部载荷和提高轴承支承刚度有利于提升系统的稳定性。     

轴向约束二维亚音速悬臂板的非线性颤振研究

研究了受轴向位移约束的二维悬臂板在亚音速流中的非线性颤振行为。采用微分求积法(DQM)对运动微分方程进行离散,通过龙格库塔法对系统的非线性响应进行数值模拟,并依据分岔图、平面相图对本系统的非线性颤振响应进行分析。结果表明:悬臂壁板在亚音速气流中会出现复杂的非线性颤振运动。     

含损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲

为分析损伤对复合材料圆柱壳结构动力性能的影响,该文以一阶剪切变形理论为基础,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳的非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对基体破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤区域的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,并根据求得的位移响应情况,由B-R准则判定屈曲,确定屈曲临界载荷;分析初始几何变形、伴随脱层及子层基体破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲的综合影响.     

旋转薄壁圆柱壳非线性波动振动分析

基于Donnell’s简化壳理论,考虑阻尼和几何非线性,建立旋转薄壁圆柱壳在法向激振力作用下的波动振动方程,并利用Galerkin方法将波动振动方程转换到模态坐标上,其中考虑到一端自由一端固支的边界条件,节径数和轴向半波数分别取为6和1,得到2个相互耦合的非线性微分方程,用数值方法研究了各模态变量的时间响应和非线性幅频特性,并讨论了振动响应的稳定性和激振力对系统非线性的影响.     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

非线性粘弹性杆纵向激励下的混沌行为

本文基于Melnikov法对非线性粘弹性杆纵向激励下的动力学行为进行研究.首先,利用RitzGalerkin原理将杆纵振时的动力控制方程转化为非线性微分方程—Duffing振子方程;然后,通过Melnikov函数得到系统进入混沌的阈值.为了研究外部激励与混沌运动之间的关系,进行了一系列的数值计算,得到了以外激振幅为分岔参数的分岔图、X-T关系曲线图、X-X相平面图、庞加莱映射图以及对应的功率谱,从而具体描述了系统的动力学行为.研究表明:非线性粘弹性杆在纵振时由定常运动通过倍周期分岔进入到了混沌运动,其本构方程中的二次非线性项对系统的非线性动力响应影响较大;系统的混沌阈值随外激振幅的不断增大而逐渐减小.     

功能梯度圆柱曲板在超音速流中的非线性动力学分析

研究了在外部激励作用下,功能梯度圆柱面曲板在超音速流中的非线性动力学行为。假设材料属性与温度有关,功能梯度曲板的组分材料沿厚度方向呈梯度变化,并按照体积分数的幂律分布,运用一阶活塞理论得到了超音速空气动力载荷;以von-Karman型的非线性应变位移几何关系为基础,通过Hamilton原理推出了曲板的非线性运动控制方程;运用伽辽金法离散化控制方程,得到一个包含二次非线性项和三次非线性项的二自由度非线性系统;利用数值计算,分析了面外内载荷对系统非线性动力学的影响。     

具有初始缺陷扁球面网壳在大挠度下的非线性动力学特性

根据薄壳非线性动力学理论和网格结构拟壳法,研究了扁球面网壳在动、静荷载协同作用下的混合边值问题,先由大挠度非线性控制方程,在夹紧固定的边界条件下,给出了扁球面网壳大挠度及张力的解.然后把该大挠度解看作系统的初始缺陷并利用扁球面网壳的非线性动力学变分方程和协调方程,在同样的边界条件下,应用Galerkin方法得到一个含二次和三次的非线性动力学方程,采用Floquet指数方法研究了扁球面网壳在大挠度下的分岔问题,讨论了平衡点(奇点)邻域的稳定性问题.绘出有、无静载荷时平衡点的相对位置,数值结果表明静变形的变形对其中一个平衡点的位置影响较大.     

整体圆壳筒的Donnell型方程

在整体筒壳的面钣里要考虑波桑影响而在肋条上就不要考虑波桑影响,在它的纵横两方向的断面上的中性面又往往不在一个平面内;使整体筒壳的弯曲问题不易处理。只有在波桑比为零的假定下,Taylor曾导得有加强的圆柱筒壳的弯曲偏微分方程。本文把Pfluger对加强平钣导得弯曲方程时和Donnell简化圆柱筒壳方程时所用的方法结合起来,从而导得比较严格的正交异性加强筒壳的八阶偏微分方程;为进一步研究整体筒壳弯曲或稳定问题打下基础。在波桑比为零时,文中还把所导得的方程与Tayllor方程作了比较。     

基于模态缺陷的变刚度复合材料圆柱壳屈曲特性

研究了基于自动铺丝技术的变刚度复合材料圆柱壳的屈曲性能和缺陷敏感性。基于丝束剪切/重送技术,提出了可以精确模拟圆柱壳面内重叠/间隙区域的简便算法,使有限元模型更加贴近实际制造过程。开展了复合载荷作用下曲线纤维铺层方式对圆柱壳屈曲性能影响的研究,结合Kriging模型和遗传算法,对纤维角度沿环向和轴向线性变化的铺层设计方式进行了优化。最后,利用改进弧长法对不同模态缺陷条件下变刚度复合材料圆柱壳的缺陷敏感性进行了分析。结果表明:在轴压和均匀外压复合作用下,纤维角度沿轴向变化的铺层方式可以有效提高结构的屈曲性能。当带宽为25.4 mm、T₀=80、T₁=45时变刚度圆柱壳的屈曲性能最优,较基准构型和常刚度最优构型临界屈曲载荷分别提高了70.9%和34.5%。变刚度圆柱壳的抗缺陷敏感性较基准铺层方式和最优常刚度铺层方式得到了提升。因此,变刚度设计可以使复合载荷作用下的圆柱壳结构在提升结构抗屈曲性能的同时降低对几何缺陷的敏感性。     

开孔复合材料扁球壳的非线性动态响应

复合材料层合壳体在航空、航天、工程结构中得到广泛应用.由于许多结构是在非线性状态下工作的,因此,研究复合材料层合壳体的非线性特性,大挠度变形,非线性屈曲,非线性振动有着十分重要的意义.研究了开孔复合材料层合扁球壳的非线性动态响应问题.建立了对称层合圆柱正交异性开孔扁球壳考虑横向剪切和阻尼的非线性振动微分方程,分析了横向剪切、阻尼、强迫荷载对幅频特性曲线的影响.     

层合圆柱壳轴向撞击失效行为的试验研究

主要针对缠绕成型的玻璃纤维增强环氧和聚酯树脂圆柱壳的轴向撞击失效行为进行了研究 .通过试验研究了不同铺设方式的复合材料圆柱壳在轴压载荷下的渐进破坏模式、载荷变化特征、能量吸收机理 ,能量吸收能力以及轴向压缩行为的影响因素 .研究表明圆柱壳的渐进压缩过程可提供平稳的制动力 ,有良好的缓冲性能和能量吸收能力 ;[±θ]5玻璃纤维 /环氧圆柱壳的能量吸收能力 ,随纤维角度的增大有所增加 ;撞击载荷下圆柱壳的压缩过程、破坏模式与准静态加载基本相同 ,当圆柱壳的纤维缠绕角度 θ>4 5°时试件的能量吸收能力较静态有较大提高     

考虑缺陷的轴压功能梯度材料圆柱壳的弹塑性屈曲分析

针对功能梯度材料圆柱壳的考虑缺陷的弹塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型和TTO模型,充分考虑了材料的物性特性,即材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到缺陷作用下的弹塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。     

功能梯度圆柱壳弹性临界载荷预测

针对功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷预测问题,本文提出了一种预报弹性临界载荷的半解析方法。利用薄壳理论建立了壳体耦合振动方程,运用抛物线法求解得到了充液功能梯度圆柱壳的固有频率,通过固有频率平方和内压的线性关系利用插值方法得到功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷。通过与已有结果对比,验证了本文方法的正确性。计算了氮化硅-不锈钢功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷、边界条件和结构参数等变化对功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的影响。本文提出的基于内压条件下的固有频率来预报功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的方法,相比于外压条件下的试验和仿真方法,方法简单,更易于实现。     

非线性不平衡转子-轴承-密封系统的动力学行为研究

建立了同时考虑非线性油膜力和非线性密封力的转子-轴承-密封耦合系统的动力学方程,并采用数值模拟的方法对这个耦合系统的分岔和混沌行为进行了研究,通过系统响应随转子转速变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图、一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和时间响应图来反映系统响应从周期运动通过倍周期分岔,最后到达混沌的运动及其演变过程。     

单层板壳穿甲数值仿真分析

板壳结构在高速冲击载荷作用下的穿甲是非常复杂的高度非线性动态响应过程,现有各种理论和实验研究方法都有各自不同的应用范围与条件.借助于有限元程序LS-DYNA对单层板壳结构在具有锥形弹头导弹高速冲击载荷作用下的侵彻、穿孔过程进行数值仿真分析,讨论弹体以不同速度、不同角度冲击不同厚度钢板所形成的塑性区域范围、破口形状和破口半径,定量描述了穿甲后钢板中的塑性区分布以及破口半径的大小.仿真分析表明,弹体的冲击速度和入射角度是影响板壳中塑性区分布范围和破口半径大小的主要因素.表明该数值算法适用于解决高速冲击动力学问题,模拟和预测材料在高速冲击下的瞬态响应.