变截面压电层合梁自由振动分析

考虑压电材料的质量效应和刚度效应,将表面粘贴或埋入式压电悬臂梁看作变截面梁,研究压电材料对智能结构固有特性的影响。基于一阶剪切变形理论导出压电层合梁的抗弯刚度和横向剪切刚度,计及梁的剪切变形和转动惯量,采用Timoshenko理论推导变截面压电层合梁的频率方程。给出了T300/970压电层合梁和硬铝压电层合梁的前3阶固有频率,并和有限元结果、等截面梁的计算结果进行比较。计算表明,压电材料对压电结构固有频率和固有振型的影响显著,在以振动控制为目标的压电结构动力学建模过程中,有必要考虑压电材料的质量和刚度。     

基于橡胶刚度频散的隔振器阻抗研究

根据橡胶动模量和刚度的实验结果,拟合出隔振器刚度随频率的变化关系式,并通过隔振器的动、静刚度确定其待定系数。在传统四端参数法的计算中计入了刚度的频散效应,以提高橡胶隔振器阻抗计算的准确性。同时设计了一种基于纯加速度测量的阻抗测试方法并对两型隔振器进行了阻抗测试,由实测数据与不同刚度假设下的计算结果比较可见:计入刚度频散效应后的隔振器阻抗计算更精确,而基于加速度测量的阻抗测试是可行的。     

复合材料梁的几何精确非线性建模及非经典效应

基于Hodges的广义Timoshenko梁理论对具有任意剖面形状、任意材料分布及大变形的复合材料梁进行几何精确非线性建模,采用旋转张量分解法计算梁内任意一点的应变,采用变分渐近法确定梁剖面的任意翘曲,采用平衡方程由二次渐近精确的应变能导出广义Timoshenko应变能,采用广义Hamilton原理建立梁的几何精确非线性运动方程。将所建模型用于复合材料梁的静动力分析,通过与实验数据的对比,验证了建模方法的准确性,并进一步研究了剖面翘曲及横向剪切变形非经典效应对复合材料梁的影响。研究表明,剖面翘曲对复合材料梁的静变形和固有频率有显著影响,横向剪切变形对复合材料梁的静变形和固有频率的影响与梁的长度/剖面高度比有关。     

考虑桩周饱和土扰动效应的楔形桩水平振动阻抗

为了计算考虑桩周土扰动效应下的楔形桩水平振动阻抗,将薄层饱和土径向离散,利用Biot波动理论建立饱和土的复刚度传递多圈层水平振动平面应变模型,计算径向非均质的桩周土对桩身的水平动反力;将楔形桩轴向离散,基于Timoshenko梁理论建立考虑桩身剪切振动效应的横向振动微分方程,利用传递矩阵法推导桩顶水平振动阻抗的半解析解。对考虑饱和土扰动效应下楔形桩水平振动阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明：在低频激振下增大楔形角能提高桩顶的水平阻抗,且随着振动频率的提高,增大楔形角会增强阻抗的频率依赖性;在低频激振下桩周土弱化会降低楔形桩的水平阻抗,且随着振动频率的提高,弱化效应会提高阻抗的共振幅值;对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对楔形水平振动阻抗的影响;对于桩身长径比小且高频振动的楔形桩,有必要采用可以考虑桩身转动惯量及剪切效应的Timoshenko梁模型描述桩身水平振动。     

基于Timoshenko梁理论的钢-混组合梁动力刚度矩阵法

基于Timoshenko梁理论提出了适用于分析钢-混组合梁自振特性的动力刚度矩阵法,该计算模型中考虑了钢-混结合面剪切滑移、剪切变形和转动惯量的综合影响。动力刚度矩阵推导过程中未引入近似位移场或力场,因此,计算结果是准确的。与其他Timoshenko梁模型最大的不同是假设混凝土子梁和钢梁分别具有独立的剪切角,这个假设更加符合组合梁的实际运动,因此,计算结果更加准确。与已发表文章中的试验梁频率计算结果作对比分析;并讨论了不同剪力键刚度、跨高比时,剪切变形和转动惯量对钢-混组合梁自振频率的影响。结果表明:相对于已有的Euler-Bernoulli组合梁、子梁转角相同假设的Timoshenko组合梁模型,文中计算方法具有更高的计算精度,尤其是对于高阶频率;频率越高、剪力键刚度越大或跨高比越小,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差越大;对于1阶、2阶和3阶频率,高跨比分别大于10、18和25后,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差小于5%。     

单桩基础海上风机横向自振频率求解及参数敏感性分析EI北大核心CSCD

梁理论的合理选择对风机横向自振频率的求解意义重大。以往提出的海上风机自振频率计算方法都基于某一种梁理论,且缺乏各参数的敏感性分析。为了对比不同梁理论对风机自振频率求解的影响,采用回传射线矩阵法,分别基于Bernoulli-Euler梁、经典Timoshenko梁和修正Timoshenko梁理论,提出海上风机横向自振频率计算方法,通过实测数据验证了该方法的准确性,并综合对比各参数的敏感性。研究结果表明:Bernoulli-Euler梁理论未考虑剪切变形与转动惯量,自振频率计算结果略大于Timoshenko梁理论;剪切变形引起的转动惯量可以忽略不计,修正Timoshenko梁理论与经典Timoshenko梁理论计算结果一致,但物理意义更加清晰;基频对塔筒结构参数的敏感性最高,其次是连接段与桩基;基频对塔筒高度的敏感性最高,对海床高度与叶轮机舱组件质量的敏感性较高,壁厚变化对基频的影响不显著。     

基于Timoshenko梁理论的斜置隔振系统功率流特性分析

针对工程中常见的斜置隔振装置,建立了复杂振源激励、粘弹性斜置支承与基础梁结构三维耦合隔振系统动力学模型。把隔振器模化为Timoshenko梁,给出了梁纵向、弯曲振动导纳。引入粘弹性分数导数模型来描述粘弹性隔振器的动态特性,并考虑隔振支承多维波动效应,推导了耦合系统动态特性传递矩阵及功率流表达式。数值模拟计算表明,粘弹性隔振器是频率相关的;隔振器高频共振形成驻波是输入系统功率下降趋势变缓的主要原因;在中高频域,输人基础的功率随倾斜角增大而降低。     

大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。     

分段模型波浪载荷试验槽型龙骨梁设计与研究

由于分段模型试验可模拟船体的弹性效应,而模型龙骨梁模拟实船刚度分布的准确性对该试验能否模拟真实物理现象至关重要。介绍已有的龙骨梁模型,提出更能反映甲板大开口船舶结构的槽型龙骨梁模型;介绍槽型龙骨梁应力测量方法,并实验验证该方法的可行性。以某船型为例介绍槽型龙骨梁的设计流程,并基于迁移矩阵法计算进行验证。     

考虑剪切变形的箱型空心楼盖拟板法研究

根据Timoshenko梁剪切理论和模型试验数值模拟,分析了剪切变形对空心楼盖箱型构件挠度的影响;依据弹性薄板理论,对比了不同边界条件下多种拟板方法的思路和计算精度;提出了等效实心平板剪切模量的取用方法和实用的考虑剪切变形挠度的修正手段。分析结果表明:剪切变形对空心楼盖的影响远大于实心楼盖;规程拟板法优于其他拟板方法,但其挠度计算值与空心楼盖实际值存在误差;现有基于抗弯刚度相等的拟板方法不能正确反映空心楼盖的剪切变形大小。该文基于“剪切刚度相等”提出的剪切模量取用方法和挠度修正方法能同时适用于构造各向同性和构造各项异性空心楼盖,计算效果均优于其它拟板法。该文成果可供分析和设计时参考。     

对称铺设碳纤维复合板振动特性等效建模

以多层对称铺设的碳纤维复合板为研究对象,首先依据经典层合板建模理论建立铺层材料参数与复合板刚度系数间的理论关系,推导出复合板等效刚度的简化计算表达式,从而构建了单层和多层复合板的动态特性简化模型。进而以固支边界的16层矩形碳纤维复合薄板的动态特性模拟为例,通过对比简化等效建模方法与传统有限元多层建模方法的计算一致性,初步验证了所提简化计算方法的准确性和有效性,并在此基础上分析比较了铺层数量和面积对等效前后计算耗时的影响。最后通过数例仿真,就铺层对称性对等效模型计算有效性范围的影响进行分析说明。该研究为进一步开展多层碳纤维板结构的声振特性研究提供了有力的理论建模及分析预测工具。     

用广义多项式展式法作转子轴承系统的动力分析

采用广义多项式展式法求解一个带柔性轴承的Timoshenko梁模型的转子系统的动态特性，轴承的交叉刚度与交叉阻尼、转轴的横向剪切应变能、系统的旋转惯性和陀螺耦合效应都得到了充分考虑。两个典型算例验证了该法的正确性与有效性，该法还与有限元法作了比较，大大节省了计算机CPU运行时间。     

双参数层状地基中大直径单桩水平振动解析解与分析

基于Pasternak地基和桩体Timoshenko梁理论,考虑了轴向作用二阶效应,建立了大直径桩-成层土相互作用体系水平振动分析简化模型,采用微分变换方法和双剪切理论,结合桩土连续边界条件,进而推导出桩身位移、内力、转角解析解,并与已有相关解析解进行退化对比验证。在此基础上,探讨了桩身长径比、地基剪切系数、桩土模量比、桩身剪切变形系数及轴向荷载对桩基水平振动特性的影响规律。计算分析结果表明推导所得对应解析解,能综合考虑轴向压力二阶效应、桩周土和桩身剪切变形的影响,可为大直径桩基工程相关水平向振动分析和设计提供参考。     

基于回传射线矩阵法的含裂缝智能梁的动态特性

基于压电阻抗（EMI）技术和回传射线矩阵法（RMM）对含裂缝智能梁进行了振动特性研究,提出了修正的理论模型,使得压电阻抗信号能与结构裂缝的各物理参数定量地联系起来。采用Timoshenko梁理论描述了含裂缝梁的弯曲振动特性。结构裂缝模拟为具有一定刚度的转动弹簧。对于黏贴有压电片的结构元件,把它作为压电片－粘结剂－主体梁这一耦合结构系统加以考察。最后推导出包含了结构裂缝信息的压电阻抗的解析表达式。基于该模型,与实验数据以及其它研究结果进行了对比分析。最后,考察了各物理参数对压电阻抗信号的影响。 .     

基于Timoshenko梁理论的微细立铣刀动力学建模

应用Timoshenko梁理论综合考虑了微细立铣刀特殊结构及其高转速工况引起的剪切效应和惯性效应,建立了微细立铣刀悬伸部分的动力学模型;分析了所建立的模型的收敛性问题,通过试验验证了模型的准确性,并与欧拉梁理论计算结果和有限元软件仿真结果比较,证明了模型的适用性;利用建立的微细立铣刀动力学模型,研究了微细立铣刀刀头直径、刀头部分长径比和刀颈半锥角等刀具结构参数对刀具固有频率的影响。模型可用于微细立铣刀的参数化设计和优化,改善其动力学特性。     

基于改进MCFT的GFRP-RC梁抗剪承载力分析

通过三维细观数值模拟方法，建立了大尺寸GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁剪切破坏力学分析模型，研究了剪跨比、纵筋率和梁深对GFRP-RC梁裂缝倾角及荷载-位移曲线的影响规律。并以修正压力场理论(MCFT)为基础，根据剪切裂缝宽度沿梁深变化的特点，建立了考虑裂缝宽度沿梁深变化的平均裂缝宽度计算模型，提高了修正压力场简化公式的计算精度。鉴于此，提出能考虑剪跨比及大尺寸影响的无腹筋GFRPRC梁抗剪承载力计算方法，并通过213组试验和模拟数据验证其合理性及准确性。与规范计算结果相比较，结果表明，本文所建立的平均裂缝宽度计算模型合理有效，基于此得到的MCFT简化公式能较好的预测大尺寸无腹筋GFRP-RC梁的抗剪承载力，为GFRP-RC梁的抗剪设计提供了理论参考和方法。     

基于有限元法的周期压电智能梁滤波特性分析

周期结构具有通频和禁频特性,使其在动态载荷的滤波器、具有主动控制功能的结构研究中得到了重要应用。基于Timoshenko梁理论,考虑基梁和压电片的转动惯量和剪切效应,采用有限元法和传递矩阵法推导了波在周期性地粘贴压电片的Timoshenko梁中的传播模型,分析了几何尺寸和材料特性对其频带性质的影响,并与Bernoulli-Euler梁理论得到的结果进行了对比。研究表明,当基梁与压电层厚度比达到40时,禁带带宽减小了54%,因此对于周期结构中的深梁,应舍弃Bernoulli-Euler梁理论而采用Timoshenko梁理论建立的模型;对于不同尺寸和材料特性的压电周期结构,频带性质会有很大不同,可以通过调整结构的参数来改变其频带性质,从而改变波动在结构中的传播特性。     

基于复合材料层合箱梁改进解析模型计算等效刚度

提出了基于复合材料层合箱梁改进解析模型的等效刚度计算方法。在考虑三维应变效应的同时用复合材料单层的二维折算模量分量来表示三维折算模量分量,简化了复合材料层合箱梁等效刚度系数的计算,得到了由梁横截面几何尺寸和层合板刚度系数表达的等效抗弯刚度和等效抗扭刚度的解析式。该解析式适用于环向刚度一致的复合材料层合箱梁,并充分考虑了弯曲-剪切耦合和扭转-拉伸耦合效应对等效刚度的影响。通过三点弯试验和扭转试验,验证了解析式的正确性;通过与分层等效叠加法、有限元法进行对比,分析了解析式的计算精度。结合经典层合板理论,研究了铺层方式对等效刚度产生的影响及原因,预测了不同铺层复合材料层合箱梁等效刚度的变化规律。      

Timoshenko梁功率流主动控制研究

为了研究扰动影响下梁式结构的动力学响应与主动控制,首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了悬臂梁结构的动力学模型并获得了其在扰动下的精确动力学响应,进一步得到结构中传播的功率流,并以此为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,实现了Timoshenko梁结构的功率流主动控制。对Timoshenko梁结构动力学响应与功率流主动控制方法进行了数值计算,并与Euler-Bernoulli梁理论计算结果进行了对比分析。结果表明：采用行波方法计算梁结构的动力学响应准确可靠;Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型在中、高频段更为精确,且更接近工程实际;通过数值计算与分析验证了基于行波方法功率流主动控制的正确性与有效性,并且功率流主动控制可以明显降低梁式结构全频域内的抖动。     

考虑剪切变形旋转运动复合材料薄壁梁的 动力学特性

研究考虑横向剪切的旋转运动复合材料薄壁梁的动力学特性。采用变分渐进法描述位移和应变并且引入横向剪切变形的影响,由Hamilton原理推导出Timoshenko梁的动力学模型,采用Galerkin法对薄壁梁进行自由振动分析,并且将计算结果与现有的有限元计算结果进行对比,验证了该文动力学模型的有效性。进一步针对周向均匀刚度配置(CUS)的箱型和翼型薄壁梁进行固有频率的计算,揭示了纤维铺层角、转速和结构参数对薄壁梁动力学特性的影响。