空间结构在考虑热-结构耦合关系下的动力响应随机性分析

以空间薄壁圆管为研究对象,分析其在持续热流作用下并同时考虑热-结构耦合关系及参数具有随机性时的动力响应问题。为了便于分析由截面温差引起的热振动,将温度场分解为平均温度和扰动温度两部分,在此基础上建立了热-结构耦合动力学有限元模型,并采用时间域内温度场和动力响应交替迭代进行的近似计算方法,其中温度场的求解利用时间差分法和牛顿迭代法,动力响应则利用Newmark积分法。从各响应的求解迭代格式出发,分别使用矩法和随机因子法推导了温度场及动力响应的数字特征表达式,并通过各时间步内对温度场和动力响应的交替迭计算可求得整个时间域内的温度和动力响应均值与方差。最后以哈勃太空望远镜为算例考察了热-结构耦合对其悬臂薄壁圆管梁的热颤振影响以及参数的随机性对响应分散性的影响,并利用Monte-Carlo法验证了文中方法的可行性。     

考虑热-结构耦合关系下空间结构动力响应随机性分析

以空间薄壁圆管为研究对象,分析其在持续热流作用下并同时考虑热-结构耦合关系及参数具有随机性时的动力响应问题.为了便于分析由截面温差引起的热振动,将温度场分解为平均温度和扰动温度两部分,在此基础上建立了热-结构耦合动力学有限元模型,并采用时间域内温度场和动力响应交替迭代进行的近似计算方法,其中温度场的求解利用时间差分法和牛顿迭代法,动力响应则利用Newmark积分法.从各响应的求解迭代格式出发,分别使用矩法和随机因子法推导了温度场及动力响应的数字特征表达式,并通过各时间步内对温度场和动力响应的交替迭计算可求得整个时间域内的温度和动力响应均值与方差.最后以哈勃太空望远镜为算例考察了热-结构耦合对其悬臂薄壁圆管梁的热颤振影响以及参数的随机性对响应分散性的影响,并利用Monte Carlo法验证了该方法的可行性.     

随机参数刚弹耦合平面连杆的动力分析

建立考虑物理参数、几何参数及荷载均为随机变量的平面连杆机构的动力学方程,在建模中计入刚弹耦合项和运动副的粘性摩擦。利用Newmark-β逐步积分法将此随机参数机构系统的动力学方程转换为随机参数的拟静力控制方程。利用求解随机变量函数数字特征的矩法和代数综合法,导出机构动态弹性位移的均值和方差计算公式。通过算例考察了机构的杆长、截面半径、质量密度、弹性模量的随机性,刚弹耦合项和运动副摩擦对机构动力响应的影响。     

热弹耦合梁结构动力响应的区间数值分析

研究了含有区间参数梁结构在温度载荷和力载荷共同作用下的动力响应问题,考虑材料变形与传热的相互影响,建立了梁在热弹耦合下的动力学有限元模型,并给出了对结构瞬态热传导方程与动力学方程进行相互交替迭代求解的计算方法。针对结构响应不确定性问题,以不确定参数作为约束变量,通过寻求结构响应函数的区间范围,将区间问题转化为优化问题,并利用遗传算法给出了结构响应函数的区间界限。通过算例及与概率有限元方法的计算结果比较,表明文中所提出方法的可行性和有效性,并获得在热弹耦合作用下梁结构的固有振动频率有所增加,而振动响应振幅则逐渐减弱的结论。该方法只需已知不确定参数所在范围的界限,而无需其他统计信息,为解决区间参数热弹耦合梁问题提供了一种途径。     

引入减基法的压电层合板瞬态响应分析

摘要：用减基法（RBM）结合有限元法、傅里叶变换和Newmark直接积分法,研究了压电层合板在机电耦合载荷下的瞬态响应。用层单元将层合板沿厚度方向进行离散,得到时间域内的运动方程,通过傅里叶变换得到波数域内的控制方程。应用Newmark直接积分法求解波数域内的位移和电势,并在Newmark法求解过程嵌入减基法,构造减基空间,把结构的等效刚度矩阵、质量矩阵和载荷列向量映射到减基空间降阶,得到减缩的Newmark增量式,从而快速求解得到原结构波数域响应,通过傅里叶逆变换得到时域内的响应。以PZT-5A/0°PVDF铺层两相材料复合压电层合板为算例,分析了机电耦合线载荷激励下,位移场和电势场的瞬态响应情况。计算结果表明,求解过程引入减基法能更快得到结构的瞬态响应,并保证了精度。     

简支圆板非线性热弹耦合振动问题的研究

对温度场中周边简支圆板的轴对称非线性热弹耦合自由振动问题,运用伽辽金法求解, 得出一个关于时间的非线性常微分方程组,求出振幅随时间变化的数值解。将热弹耦合与非 热弹耦合情况进行对比,发现振幅较小时,热弹耦合效应使板的固有频率相对于无热弹耦合 情形提高：振幅较大时,热弹耦合效应使固有频率降低。本文还比较了不同热弹耦合参数对 应的振动情况。     

平行裂隙群岩体强度与破裂特征的试验研究

为考察含平行裂隙群岩体的强度特征及裂纹扩展规律,结合数字照相量测系统,对不同裂隙倾角下类岩石试样进行了单轴压缩试验。试验结果表明,受裂隙群的影响,试样的力学参数发生一定的劣化,峰值应力和弹性模量的劣化程度分别在10.84%~35.62%和9.79%~54.17%;随着裂隙倾角的逐渐增大,试样峰值应力呈现出先减小后增大的“U”型变化特征,θ为45°时达到最小值。试样破裂形式与裂隙倾角θ 密切相关,θ为15°和30°时,次生裂纹以倾斜裂纹和中部裂纹扩展为主,试样失稳破坏模式主要由倾斜裂纹主导;而θ为45°、60°和75°时,次生裂纹主要为翼裂纹和共面裂纹,且试样失稳破裂模式主要取决于共面裂纹。     

多场诱发表面和晶界扩散下沿晶微裂纹的演化

基于表面扩散和晶界扩散的经典理论及其弱解描述,对应力迁移、电迁移诱发表面扩散和晶界扩散下金属材料内部沿晶微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了扩散系数之比f、应力场Λ、电场χ 和形态比β 对沿晶微裂纹演化的影响。结果表明:多场下的沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势。f和χ 有助于沿晶 微裂纹扩展,而Λ阻碍沿晶微裂纹扩展。裂腔分节时间随着Λ的增大而逐渐减小,而随着β 的增大而增大。当时,随着χ 的增大,裂纹分节的时间显著减小,即χ 加速裂纹分节;当时,χ 对裂纹分节时间的影响不 明显。     

大型可展开天线与卫星的热致耦合动力学分析

以带有大型环形可展开天线的航天器为研究对象,采用有限元法,对大型可展开天线进行了在轨进出阴影区的瞬态温度求解;并基于卫星-天线刚柔耦合动力学模型,将时变温度场等效为时变热载荷加载到天线上,对整星系统的热致耦合动力学响应进行了数值模拟。结果表明,天线进出阴影期间,自身温度梯度主要存在于迎光侧与背光侧之间,并基于此可估算出天线的热响应特征时间;时变热载荷会导致天线结构和卫星姿态发生明显的振动响应,天线结构振动响应主要集中在第一、二阶固有模态上,卫星则会发生低频姿态振荡运动;该方法可以合理地预测大型可展开天线系统的热致耦合动力学响应。     

模糊随机桁架结构在模糊随机激励下的动力响应

研究了模糊随机参数桁架结构在模糊随机荷载激励下的复合模糊随机振动动力响应的问题。同时考虑结构的物理参数、几何尺寸和外载荷幅值的模糊随机性,从Duham e l积分式出发,利用振型迭加法求出了结构动力响应模糊随机变量的表达式;再由随机函数的矩法推导出结构模糊随机动力响应的模糊数字特征。最后,通过算例考察了结构参数和作用荷载的模糊随机性对结构动力响应的影响,并用M on te C arlo数值法对算例进行模拟,验证了文中模型和分析方法是可行有效的。     

竖向地震荷载下输液管道弯曲振动的有限元分析

将与固定构筑物连接处的管道视为弹性梁，并考虑管道基础的不均匀沉降竖向地震荷载的作用及管内液体流动引起的耦联振动，建立数学模型，进行动力响应分析，针对某些介质和结构参数，给出了一些数值结果，得出了流速对管道动力响应管道动力响应影响及管端不均匀沉降对其动力响应影响的若干初步结论。     

Boundary element analysis of stress intensity factor KI in some two-dimensional dynamic thermoelastic problems

This paper presents a numerical technique for the calculation of stress intensity factor as a function of time for coupled thermoelastic problems. In this task, effect of inertia term considering coupled theory of thermoelasticity is investigated and its importance is shown.A boundary element method using Laplace transform in time-domain is developed for the analysis of fracture mechanic considering dynamic coupled thermoelasticity problems in two-dimensional finite domain. The Laplace transform method is applied to the time-domain and the resulting equations in the transformed field are discretized using boundary element method. Actual physical quantities in time-domain is obtained, using the numerical inversion of the Laplace transform method.The singular behavior of the temperature and stress fields in the vicinity of the crack tip is modeled by quarter-point elements. Thermal dynamic stress intensity factor for mode I is evaluated using J-integral method. By using J-integral method effects of inertia term and other terms such as strain energy on stress intensity factor may be investigated separately and their importance may be shown. The accuracy of the method is investigated through comparison of the results with the available data in literature.     

Investigation on a Two-dimensional Generalized Thermal Shock Problem with Temperature-dependent Properties

The dynamic response of a two-dimensional generalized thermoelastic problem with temperature-dependent properties is investigated in the context of generalized thermoelasticity proposed by Lord and Shulman. The governing equations are formulated, and due to the nonlinearity and complexity of the governing equations resulted from the temperature-dependent properties, a numerical method, i.e., finite element method is adopted to solve such problem. By means of virtual displacement principle, the nonlinear finite element equations are derived. To demonstrate the solution process, a thermoelastic half-space subjected to a thermal shock on its bounding surface is considered in detail. The nonlinear finite element equations for this problem are solved directly in time domain. The variations of the considered variables are obtained and illustrated graphically. The results show that the effect of the temperature-dependent properties on the considered variables is to reduce their magnitudes, and taking the temperature-dependence of material properties into consideration in the investigation of generalized thermoelastic problem has practical meaning in predicting the thermoelastic behaviors accurately. It can also be deduced that directly solving the nonlinear finite element equations in time domain is a powerful method to deal with the thermoelastic problems with temperature-dependent properties.     

地震作用下水-轴对称柱体相互作用的子结构分析方法

针对水-轴对称柱体动力相互作用问题,提出了一种地震作用下水-结构相互作用的时域子结构分析方法.基于三维不可压缩水体的波动方程和边界条件,利用分离变量法将其转换为环向解析、竖向和径向数值的二维模型;基于比例边界有限元推导了截断边界处无限域水体的动力刚度方程,并将水体内域有限元方程和人工边界处的动水压力进行耦合,从而得到结...     

轴向运动粘弹性夹层梁热力耦合振动频率分析

研究了温度场与位移场相互耦合时,轴向运动粘弹性夹层梁的横向振动特性。基于Euler-Bernouli梁理论和Kelvin粘弹性材料本构关系,建立了轴向运动粘弹性夹层梁横向振动控制方程;考虑材料变形与传热的相互影响,得到相应的热力耦合状态下轴向运动粘性夹层梁的耦合控制方程。采用Galerkin截断得到相应的热力耦合动力系统。用数值方法分析了相关热参数对梁振动频率的影响。     

Dynamic Response Analysis of Fuzzy Stochastic Truss Structures under Fuzzy Stochastic Excitation

A novel method (Fuzzy factor method) is presented, which is used in the dynamic response analysis of fuzzy stochastic truss structures under fuzzy stochastic step loads. Considering the fuzzy randomness of structural physical parameters, geometric dimensions and the amplitudes of step loads simultaneously, fuzzy stochastic dynamic response of the truss structures is developed using the mode superposition method and fuzzy factor method. The fuzzy numerical characteristics of dynamic response are then obtained by using the random variable’s moment method and the algebra synthesis method. The influences of the fuzzy randomness of structural physical parameters, geometric dimensions and step load on the fuzzy randomness of the dynamic response are demonstrated via an engineering example, and Monte-Carlo method is used to simulate this example, verifying the feasibility and validity of the modeling and method given in this paper.     

结构连续分布的动态随机载荷识别方法研究

复杂结构连续分布的动态随机载荷识别技术是结构动载荷识别技术的难点之一。推导了基于广义正交多项式特征技术动态随机载荷识别模型，馋决了在一定精度范围内通过有限测量部位随机振动响应信息识别无限未知量的结构分布动态随机载荷的关键技术，通过动态标定技术的研究和复杂结构有限元模型数值仿真计算验证了方法的正确性、有效性和工程可用性，适用于具有沿结构分布的振动随机载荷识别，为分布动态随机载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

基于四分之一车辆模型的具有随机结构参数车辆的随机动力分析

本文通过具有随机结构参数的四分之一车辆模型研究了具有不确定性结构参数的车辆在受到来自道路的随机激励作用下的振动响应问题。文中将簧上质量、簧下质量、悬挂阻尼、悬挂刚度以及轮胎刚度均认为是随机变量。将路面的不平整引起的对车辆的激励看作高斯随机过程并通过简单指数功率谱密度来建立力学模型。利用蒙特卡洛方法得出了车辆的固有频率和模态振型的均值、标准差以及变异系数。利用随机变量函数矩方法在频域中建立了车辆的随机响应的均方值的数字特征的计算表达式。通过工程算例表明了车辆结构参数的随机性对其动力响应的影响。本文所做的工作可拓展应用于车辆结构参数的灵敏度分析和动力优化设计。     

Dynamic moving load identification of laminated composite beams using a hybrid FE-TMDQ-GAs method

In this study, dynamic moving load identification of laminated composite beams is performed by introducing a hybrid finite element (FE), time marching differential quadrature (TMDQ) and genetic algorithms (GAs) methods. The first-order shear deformation theory based equations of the beam are discretized in the space and time domains using the FE and TMDQ methods, respectively. Accuracy and efficiency of the TMDQ method for solving the problem are shown via comparing the results with the Newmark’s method. To simulate the measured responses for the load identification problem, random error is applied to the dynamic responses obtained from the finite element and time marching differential quadrature method under a given dynamic load. An objective function as a root mean square error between the calculated and measured responses is defined and the GAs is employed to minimize the function and identify the loading parameters. Applicability and usefulness of the proposed method are shown through solving some examples.