弹性边界约束矩形板的振动特性分析：理论、有限元和实验

提出一种有效的理论方法研究弹性边界约束矩形板的振动特性,并设计实验测试不同边界矩形板的固有频率。矩形板的弹性边界约束采用一系列的均布线性弹簧模拟,用特征正交多项式来表示矩形板的位移容许函数,并采用瑞利-里茨法获得弹性边界约束矩形板的固有频率和固有振型。通过改变边界弹簧的刚度即可模拟矩形板不同的边界条件,提高计算效率。基于理论方法计算获得结构固有频率并和有限元及实验结果进行对比,验证所提理论方法的正确性。此外,通过实验测试的方法分析弹性-简支、弹性-固支等不同边界组合条件下矩形板的振动特性,分析调整不同边界弹簧刚度对矩形板振动特性的影响。     

基于谱几何法的耦合板结构固有振动特性分析

以耦合板结构为研究对象,建立结构振动特性分析模型,利用人工虚拟弹簧技术模拟结构边界条件及耦合效应,并通过调整弹簧刚度系数模拟任意边界条件及耦合条件。考虑板结构弯曲、面内振动及耦合边界处的耦合效应,采用谱几何法(Spectro-Geometric Method,SGM)对弯曲振动位移和面内振动位移函数进行描述,可以克服传统傅里叶级数在整个求解区域内周期展开时在边界上存在的不连续或者跳跃现象。应用Hamliton原理从能量的角度推导获得表征耦合板振动特性的离散动力学方程,求解得到耦合板结构的自由振动特性。通过不同数值算例,并与有限元法计算结果进行对比,验证了文中方法的正确性。     

弹性边界约束田字型耦合板的振动特性研究

以平面内田字型耦合薄板结构为研究对象,提出了一种计算弹性约束边界条件耦合板振动响应的解析方法。利用耦合部位的平衡条件和连续性条件,建立了耦合板结构的边界耦合方程。使用改进的傅里叶级数作为每个子板的弯曲位移函数,从而使得微分形式的边界耦合方程和各子板的运动方程离散为简单的线性方程组。ANSYS有限元软件仿真验证了建立的理论模型的正确性。利用该理论模型,分析了边界约束刚度的附带阻尼对耦合板结构振动响应的影响,结果表明:在横向约束刚度较软的情况下,横向约束刚度附带的边界阻尼可以明显削弱低阶共振响应。在求得结构位移的基础上,进一步给出了耦合板结构功率流的表达式,并对耦合板结构内的振动功率流传递特性进行了仿真研究,结果表明:增大边界约束刚度能有效阻碍功率流在边界处的流动;当外激励频率为低阶共振频率时,功率流更容易从受激板流向与受激板相同材质的接受板。     

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。     

复杂边界条件下功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性分析

提出一种可用于分析复杂边界条件下功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性的谱几何法-虚拟激励法（spectro geometric method-pseudo excitation method,SGM-PEM）。采用沿圆环板边界均匀分布的边界约束弹簧来模拟复杂边界条件,通过虚拟激励法将平稳随机载荷转化为虚拟简谐载荷。在一阶剪切变形理论框架下,采用以简洁三角函数为内核的谱几何法来描述圆环板结构的位移容许函数。基于Rayleigh-Ritz法推导了平稳随机激励作用下功能梯度圆环板的动力学分析模型。通过与有限元法结果对比分析,验证了文中构建的分析模型的有效性和准确性。分析了梯度指数、厚度参数、边界条件等因素对功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性的影响规律。     

复合材料加筋结构的流固耦合振动及动力响应分析

本文通过引用阻尼单元刚度阵法,并用结构有限元与流体边界元相结合的方法对复合材料结构的流固耦合振动及动力响应问题进行研究,较好地反映了复合材料结构动力响应特征。采用修正的RITZ向量法和Newmark直接积分法求解振动及动力响应问题,避免了质量阵因附连水质量阵不对称而引起的求解困难。作为数值分析例子,文中分别计算了船体悬臂板与加筋板结构的自由振动与动力响应问题,并对一复合材料舱段进行了水下爆炸当量载荷的振动与响应计算。     

混合边界矩形板的自由振动分析

应用一块板的一般解析解来求解混合边界矩形板的自由振动问题。一块板的一般解析解适用于求解任意边界条件矩形板的振动问题。混合边界矩形板的求解过程是将整块板分解为若干块板,每块板仅有均匀的边界,每两块相连的板边则具有连续性条件。利用全部边界条件和连续性条件即可求解各阶固有频率和振型。对几种具有简支边、平夹边或自由边混合边界的板做了计算,并与其它文献结果进行了对比。     

基于谱元法的加筋双层板声透射分析

首先应用谱元法(SEM)建立简支加筋双层板结构在简谐平面声波激励下的振动响应分析模型,将所得结果与有限元法(FEM)计算结果对比,表明谱元法(SEM)在求解该类问题时具有精度高和求解速度快的优点。然后应用Rayleigh积分求解加筋双层板结构路径传声的透射声功率。在筋板截面面积不变的约束条件下,研究筋板倾角与面板间距在声波正入射情况下对透射侧面板辐射声功率的影响。结果表明:筋板倾角越大,加筋双层板的透射声功率越小;在倾角小于22o的情况下,隔声性能随着面板间距的减小而提高。分析结果对加筋双层板的结构设计与隔声优化具有一定的指导意义。     

功能梯度开孔矩形板的动力特性解

对于功能梯度平板结构,采用与矩形板两对边边界条件相应的梁函数组合级数来求解开孔板动力特性问题,得到板件各阶固有频率与振型解的一般表达式,适用于具有任意孔洞的四边为任意简单（包括36种）边界条件的功能梯度矩形板动力特性分析,为各类功能梯度开孔板件的动力计算与设计打下理论基础。     

箱形正交异性矩形板结构的自由振动分析

箱形正交异性矩形板结构为由四块板组成的结构。可以用一般解析解来求解这种结构的自由振动问题。这种解能用于求解板具有任意边界。对于每块板,其上边和下边具有边界条件,而在相连的两块板边则具有连续性条件。由四块板的全部条件方程式即可求解自然频率及其振型。为求解所有频率,可利用变形的对称和反对称条件,以矩形的和正方形的板结构为例进行了计算和分析。     

活塞声源膜板在弹性边界条件下的线谱分析

平行四边形活塞声源模拟舰船声场线谱特征时,为了实现其具有较高的效率,应保证声源膜板结构的固有频率与线谱频率相等,因此,分析膜板结构的振动特性具有重要意义。采用改进Fourier级数的方法建立平行四边形膜板结构的振动模型,通过在膜板结构的四边上布置弹簧来模拟任意弹性边界条件,结构的振动位移函数表示为标准的二维Fourier余弦级数和辅助级数的线性组合。通过辅助级数的引入,解决了位移函数的导数在边界潜在的不连续的问题,从而使此法适用于任意的弹性边界条件。结合Hamilton原理,推导出平行四边形板结构振动方程的矩阵表达示,板结构的振动参数可通过求解矩阵值得到。最后进行了数值仿真,求解出结构在不同参数下的线谱频率,并与文献以及有限元结果进行对比,验证了该方法的精确性。     

叠层板在两项简谐激励作用下的组合共振分析

研究了在四边简支的边界条件下,正交各向异性矩形叠层板在两项横向简谐激励作用下的非线性组合共振及其稳定性问题。在给出了正交各向异性叠层板的振动微分方程的基础上,利用伽辽金法导出了相应的无量纲化达芬型非线性强迫振动方程。应用多尺度法对组合共振问题进行求解,得到了系统在稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了解的稳定性判定条件。通过数值算例,对几种复合材料薄板的共振特性进行了分析,分别给出了不同条件下系统运动的响应图、幅频图和动相平面图,讨论了不同参数对系统非线性动力学行为的影响。     

中厚矩形板的振动功率流特性分析

考虑板的横向剪切变形和转动惯量的影响,采用改进Fourier级数的方法对任意弹性边界条件下的中厚矩形板进行振动功率流分析。将板的横向振动位移和转角表示为标准的二维Fourier余弦级数和辅助级数的线性组合。通过辅助级数的引入,解决了位移函数和转角函数的导数在边界不连续的问题,从而使此法适用于任意的弹性边界条件。结合Hamilton原理和Mindlin理论建立求解方程,得到中厚矩形板振动方程的矩阵表达式。最后进行了数值仿真,得到了正弦点力作用下中厚板的功率流场图。     

复杂边界条件板壳耦合结构振动分析

板壳类结构在工程领域被广泛应用,使得板壳耦合结构动力学特性成为备受关注的研究话题。针对现有研究方法在复杂耦合结构动力学特性分析方面的局限性,构建复杂边界条件下板壳耦合结构振动分析模型,采用二维改进傅里叶级数对弹性板和圆柱壳结构各位移函数分别进行描述,复杂边界条件通过不同组合的弹性约束来模拟,并依赖四类耦合弹簧充分考虑结构之间弯矩、横向剪力、面内纵向力以及面内剪切力的机械耦合效应,进而基于哈密顿原理和瑞利-里兹方法得到板壳耦合结构系统的特征方程与振动响应。研究结果表明,该方法预测板壳耦合结构模态参数优于文献结果,预测强迫响应结果与测试结果吻合良好,验证了该分析方法的正确性。建立的板壳耦合结构分析模型可适用于各类复杂边界条件,无需重新进行理论推导和计算程序编写,是一种可靠而高效的分析手段,可为开展复杂耦合结构的振动分析与动力学设计提供通用性的分析模型基础。     

支座激励下附加弹簧保护装置悬索的非线性动力分析

索网幕墙常支承于两相邻结构,动力作用将激起相邻结构产生相对变形,其作为支座激励将引起索网产生约束次内力,进而导致索网幕墙失效。在索端附加弹簧保护装置,利用弹簧装置吸收支座相对变形,可以有效减小支座运动对索网幕墙的影响。建立支座激励下附加弹簧保护装置悬索振动的动力模型,引入边界条件,求解微分方程得到频率的特征方程和振型方程,并利用多尺度法求得简谐支座激励下主共振响应的近似解和幅频响应方程。分析了附加弹簧与悬索刚度比对不同垂度悬索前三阶频率、振型和幅频响应的影响规律。该模型可有助于合理选择附加弹簧与悬索刚度比,研究表明附加弹簧保护装置可同时降低悬索最大变形和最大索力响应,从而为相邻结构间索网幕墙的减震设计提供一定参考。     

基于改进傅里叶级数的矩形板薄板振动特性分析

基于改进傅里叶级数对任意边界条件下的矩形薄板振动特性进行分析,通过傅立叶正弦级数的引入,修正了边界条件上的不连续性;此外,通过改变横向位移约束弹簧刚度值k和旋转约束弹簧刚度值K来模拟任意边界下矩形薄板的振动情形,克服了以往只能求解某些特定简化边界条件下振动问题的缺陷。通过与文献及有限元软件计算结果的对比,验证了此方法的有效性;研究表明,矩形薄板不同边界条件下固有频率值差异较大,但均随长宽比增大而减小。     

矩形薄板自由振动的一般解析解

本文求得了矩形薄板弹性横向自由振动位型函数微分方程的一般解。可以求解任意边界矩形薄板的固有频率。以四边固定矩形板为例求解了板的基频及其位型。     

简谐激励下复合材料加筋板的基体微裂纹损伤演化

研究了在简谐激励作用下复合材料加筋板基体微裂纹损伤的演化行为及其对加筋板动力特性的影响。基于平均微裂纹密度和断裂力学方法, 建立了复合材料加筋板基体微裂纹演化的刚度退化准则。由于该准则考虑了载荷作用周期数的影响, 从而能够更合理地分析周期性动载荷作用下基体微裂纹损伤演化规律。采用Mindlin一阶剪切理论和复合材料模态阻尼模型, 建立了复合材料加筋板动力分析的有限元方法, 研究了在简谐激励作用下, 含分层损伤复合材料加筋板振动过程中诱发的基体微裂纹损伤的演化、 刚度退化, 频率折减和动力响应。      

具有中间支承的矩形板自由振动分析

应用一般解析解来求解具有中间支承矩形板的自由振动问题。一般解析解能求解任意边界条件矩形板的振动问题,求解过程是将整块板看成是沿中间支承分开的两块板,沿支承边两块板的挠度均等于零,斜度和弯矩均相等,再由全部边界条件和连续性条件可以求解各阶频率和振型。对几种具有简支边,平夹边或自由边的混合边界矩形板进行了计算。     

四边弹性约束矩形板面内自由振动的DQM求解

基于二维线弹性理论,应用Halmiton原理,建立了四边弹性约束边界矩形板面内自由振动的控制偏微分方程。采用微分求积法(DQM)数值研究了弹性约束边界矩形板面内自由振动的无量纲频率特性。通过设置弹性刚度系数为0或∞,问题退化为各种典型边界矩形板的面内自由振动,与已有的矩形板面内自振频率结果进行比较,结果显示,该分析求解方法行之有效;最后考虑了矩形板边界条件、长宽比、刚度系数对自振频率的影响。