轴向运动体系横向振动控制的研究进展

文中主要给出了轴向运动弦线、梁和板的一般动力学方程,总结了轴向运动体系横向振动分析与控制问题的研究现状。首先,轴向运动弦线横向振动分析与控制的研究起步较早,成果也很丰富。其次,考虑抗弯刚度,轴向运动弦线即可模型化轴向运动梁,轴向运动梁横向振动分析的研究成果相对较多,但在振动控制问题的研究上较少。最后,考虑一维轴向运动梁的宽度,将其扩展到二维即是轴向运动板模型,轴向运动板的研究起步较晚,在振动分析与控制上的研究成果也比较有限。     

轴向运动简支-固支梁的横向振动和稳定性

研究一端简支一端固支轴向运动梁的横向振动和稳定性。提出在给定边界条件下确定一匀速运动梁固有频率和模态函数的方法。当轴向运动速度在其常平均值附近作简谐波动时,应用多尺度法给出轴向变速运动梁参数共振时的不稳定条件。用数值仿真说明相关参数对固有频率和不稳定边界的影响。     

轴向运动带的横向与纵向非线性振动

研究轴向运动带的横向和纵向自由振动问题。利用Hamilton原理,建立轴向运动带横向和纵向自由振动的耦合动力学模型。基于Galerkin方法对轴向运动带系统模型的状态变量作离散,得到带有非线性项的常微分方程组。通过数值仿真,给出轴向运动带的横向振动与纵向振动比较,轴向运动速度对带的横向振动和纵向振动的影响,以及初张力对带的横向振动和纵向振动的影响。     

轴向运动耦合热弹梁的稳定性分析

研究了轴向运动梁的耦合热弹稳定性.根据轴向运动梁的运动微分方程和考虑变形影响时的热传导方程,得出了温度场和变形场耦合情况下梁的耦合热弹运动微分方程.对两端简支轴向运动梁耦合热弹振动的复频率进行了数值计算,得出了无量纲复频率与无量纲运动速度之间的关系曲线.分析了无量纲热弹耦合因子、无量纲运动速度和梁的长高比对梁的临界速度和稳定性的影响.     

轴向运动Rayleigh梁固有频率的微分求积法

轴向运动梁的振动和稳定性问题是振动力学问题研究的重要内容之一,它有着重要的理论和实际意义。研究了轴向运动Rayleigh梁的固有频率。根据广义哈密顿原理建立轴向运动Rayleigh梁横向振动的控制方程。采用微分求积法数值求解两端简支和两端固支边界条件下轴向运动Rayleigh梁的次临界固有频率。数值例子给出了变化梁的弯曲刚度和支撑刚度情况下第一阶和第二阶固有频率和速度之间的关系曲线。通过曲线间的关系可得到:高阶固有频率比低阶固有频率大,固有频率随着刚度系数的增大而增大,并且随着支撑刚度的增大而增大。     

Timoshenko模型轴向运动梁的横向振动特性分析

通过对梁微单元体的受力分析,导出Timoshenko模型的轴向运动梁横向振动的运动方程, 并利用复模态分析方法及半解析半数值方法, 研究两端铰支条件下轴向运动梁横向振动的振动模态及固有频率.文中还讨论运动梁前两阶固有频率随轴向运动速度变化的情况.最后利用数值算例对Timoshenko梁、Euler梁、Rayleigh梁及剪切梁的固有频率进行比较, 分析转动惯量及剪切变形的影响.     

轴向运动弦线横向振动控制的自适应方法

对轴向运动弦线和作动器组成的耦合系统的横向振动控制进行研究。此系统被作动器分成未控和受控两部分,通过作用在作动器上的控制力对受控部分进行主动控制。分析未控弦线的横向振动的有界性。采用Lyapunov 方法获得自适应控制规律,并证实受控弦线横向振动的渐近稳定性。在初始扰动和激励力作用下,通过数值仿真证实控制规律的有效性。     

轴向运动弦线横向振动的控制:能量方法

基于行波能量的传输原理,研究轴向运动弦线耦合系统的纵向振动控制。通过使系统的能量耗散最大而获得的控制器最优控制参数,使系统的能量达到最小值,从而达到控制弦线横向振动的目的。采用有限差分法进行数值模拟的结果证实此方法的有效性。     

弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁自由振动的微分变换法求解

基于Timoshenko梁理论研究弹性地基上转动功能梯度材料（FGM）梁的自由振动。首先确定功能梯度材料Timoshenko梁的物理中面,利用广义Hamilton原理推导出该梁在弹性地基上转动时横向自由振动的两个控制微分方程。其次采用微分变换法（DTM）对控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁在夹紧-夹紧、夹紧-简支和夹紧-自由三种不同边界条件下横向自由振动的量纲一固有频率,与已有文献的计算结果进行比较,退化后结果一致。最后讨论了不同边界条件、转速、弹性地基模量和梯度指数对功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响。结果表明：功能梯度材料Timoshenko梁的量纲一固有频率随量纲一转速和量纲一弹性地基模量的增大而增大;在量纲一转速和量纲一弹性地基模量一定的情况下,梁的量纲一固有频率随着功能梯度材料梯度指数的增大而减小。     

轴向加速度运动弦线横向振动的数值计算方法

讨论轴向加速度运动弦线横向振动的数学模型、数值计算方法等问题。基于Coriolis加速度和Iagrangian应力公式,利用Newton第二定律导出轴向加速度运动弦线横向振动的动力学模型;通过线性变换将方程化为一阶无量纲的非线性微分方程组;并利用Crank-Nicoson的中点离散技巧,给出运动方程的单步二阶差分方法;算法把对运动方程和本构方程分别离散,使之可以用于不同本构的运动弦线的数值仿真。且方法对线性问题绝对稳定,对非线性问题也有较好的稳定性。作为应用实例,利用该方法对一类加速度运动弦线的横向振动进行数值仿真,利用弹性弦线的守衡公式检验数值结果的精度。并利用给出的数值方法分析速度、加速度、弹性模量等参数对弦线横向振动的影响。     

功能梯度材料飞轮转子优化设计

功能梯度材料(Functionally graded materials,FGMs)是一种材料属性在空间位置上连续变化的新型材料。与均匀材料相比,高速储能飞轮转子采用FGMs可以有效地减少应力集中,充分发挥材料性能,从而改善转子的工作性能。针对飞轮转子轴向厚度相对较厚时平面应力方法误差较大的问题,通过将转子离散为有限个等厚匀质微环的方法,推得变厚度FGMs飞轮转子的三维半解析解——修正平面应力(Modified plane stress,MPS)解,并采用有限元法验证其精确性。应用序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)优化方法,以飞轮转子的厚度、材料体积分数和转速为设计变量,以最大化转子的储能密度为目标函数,对FGMs飞轮转子的形状和材料分布进行优化设计,并分析材料性能参数对结果的影响。计算结果表明,合理的转子形状与材料分布可以使转子应力分布更加均匀,大大提高飞轮的储能性能。     

功能梯度形状记忆合金梁纯弯曲的理论分析

功能梯度形状记忆合金(Functionally graded shape memory alloy, FG-SMA)是一种兼备功能梯度材料(Functionally graded material, FGM)和形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)特性的新型功能材料。根据复合材料力学和已有的SMA本构关系,通过充分考虑组分材料的应力应变关系,建立一个描述FG-SMA力学性能的宏观本构模型。应用该模型,对由弹性材料A和SMA组成的FG-SMA梁在纯弯曲载荷下的力学行为进行研究,详细讨论加载过程的弹性阶段和相变阶段,并给出相应的解析解。通过算例,对截面的应力分布、中性轴的位置和弯矩与曲率的关系进行详细讨论。结果表明,与普通FGM相比,FG-SMA可显著减小载荷作用下的最大应力,避免材料由于应力过大而导致的破坏。研究结果可为FG-SMA材料的设计和进一步研究提供一定的依据。     

Laser Based Flexible Fabrication of Functionally Graded Mould Inserts

A CO₂ laser-based freeform fabrication process with emphasis on difficult-to-shape and functionally effective materials was investigated with regard to fabrication of dies and moulds. Square and circular moulds were built by use of a material additive process of layers of TiC and Ni-alloy composite. The effects of laser processing on the quality, microstructures, and hardness of the moulds were determined. Additionally, the mould performance was evaluated in die-casting, injection moulding, and in a thermal fatigue environment. The TiC core-Ni-alloy shell mould outperformed moulds made of hardened H13 die steel, 304 stainless steel, and TiC-coated stainless steel in withstanding stresses and in retaining dimensional stability at elevated temperatures.     

考虑支承质量时弹性支承连续梁的固有横振

用Ｌａｐｌａｃｅ变换研究了考虑支承质量时弹性支承连续梁的固有横振，得到了其振型函数及频率特征方程。     

梯度功能材料的制备与性能评价

梯度功能材料（FGM）是组分和性能呈连续变化的先进材料,FGM的制备方法与性能评价对其优化设计具有重要意义。对FGM的制备方法与性能评价进行了综述,详细分析了FGM的力学性能、热震性能、压缩性能和热处理性能的评价方法及试验手段,最后指出了FGM性能评价和制备的发展方向。     

磁场中轴向运动导电板磁弹性主共振分析

给出轴向运动薄板动能、应变能以及电磁力虚功的表达形式。应用哈密顿变分原理,推得横向磁场中轴向运动条形导电薄板的非线性磁弹性振动方程。针对对边简支边界约束条件,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到三阶位移展开形式下轴向运动板的非线性振动微分方程组。利用多尺度法对系统的主共振问题进行求解,分别得到三种频率关系条件下关于稳态解的幅频响应方程。依据李雅普诺夫稳定性理论对解的稳定性进行分析,得到相应的稳定性判别式。通过数值算例,得到轴向速度、磁感应强度、激励力幅值及板厚不同时的振幅变化规律曲线图,分析不同参量对共振幅值和非线性特征的影响,并对不同频率关系进行比较。     

动质量对悬臂梁振动抑制的数值分析和实验研究

在简谐激励下,实验研究端部动质量对悬臂梁共振响应的抑制能力,发现抑振效果与质量位置和质量比有直接关系,动质量和梁的高频碰撞振动现象。提出包含碰撞效应的数学模型,用振型叠加法,将耦合的非线性偏微分方程变为时变非线性微分方程。计算无量纲梁端部位移和碰撞力。结果显示,提出的模型基本上描述了系统的动态特性,在一定程度上理论和实验结果是一致的。     

传递矩阵分析轴向受力智能梁的振动和稳定性

主要针对受轴向压力的智能梁,研究压电片的尺寸、位置变化以及轴向力变化对智能梁固有特性及其稳定性的影响.利用复合材料力学的等效弹性模量理论,将表面均匀对称分布压电材料的智能梁等效为非均质变截面梁.用传递矩阵法分析轴向受力智能梁的振动和稳定性.基于Bemoulli-Euler梁振动分析的传递矩阵法,导出轴向受压的智能梁的频率方程、模态函数及临界载荷方程.以受轴向压力的智能简支梁为例,分别用传递矩阵法和基于ANSYS的有限元法计算其动态特性和稳定性.计算结果表明,压电片尺寸、位置以及轴向力对智能梁的固有特性和稳定性都有显著影响,所得结论对高速飞行器结构设计和主动振动控制中压电元件的优化布置有一定的实用价值.     

Adaptive vibration reduction of an axially moving string via a tensioner

Adaptive vibration control is investigated for axially moving strings with a tensioner. The tensioner is treated as an actuator. The Lyapunov analysis is employed to design a control law that asymptotically stabilizes the string. The proposed controller can estimate the parameters online. The Lyapunov stability guarantees the convergence of the transverse vibration of the controlled span of the string as well as the estimation error of the unknown parameters to zero. The proposed controller is numerically tested for the string under initial and external disturbances. Simulation results demonstrate the effectiveness of the controller.