弹性壁板下钢筋混凝土矩形贮液结构的液动压力

钢筋混凝土矩形贮液结构广泛应用于给水排水、污水处理、石油化工、铁路等各种工业企业,主要用于贮存清水、污水、石油和化学液体等。在这类结构的抗震设计中,液动压力是一项主要的地震作用。该文假定贮液结构内的液体是理想、无旋和不可压缩的,并忽略表面重力波的影响,采用无晃动机制的矩形贮液结构液-固耦合振动模型,针对带有弹性壁板的双向壁板式钢筋混凝土矩形贮液结构,将液体运动的速度势函数表示为壁板侧向变形和刚体运动速度势函数的叠加,推导了液动压力计算公式。为便于工程应用,结合现有文献并编制MATLAB程序,给出了液动压力计算的简化公式及其计算系数用表,从而为以后该类结构的设计计算提供了理论依据。     

弹性地基上矩形薄板自由振动的精确解

根据分离变量法得到了Winkler弹性地基上矩形薄板自由振动问题的精确解, 分析了地基模量对频率的影响, 其中边界条件为CCCC、SCCC和SSCC情况的精确解过去被认为是难以得到的。在分离变量方法中, 不需要事先人为的选取满足某一组对边边界条件的挠度函数, 而是直接利用控制方程本征根给出振型函数通解的一般解析形式, 再利用边界条件得到振型函数系数和频率方程的精确形式。数值结果与有限元结果及文献结果吻合较好, 验证了该文方法和结果的的正确性。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

多集中质量离散固支弹性板基波频率解析

针对含集中质量的离散固支弹性板基波频率的求解问题,采用小挠度弹性板变形理论与Rayleigh-Ritz能量法,建立含多集中质量弹性板的振动能量方程及其模态方程。结合弹性板的离散点固支边界条件,完成离散固支弹性板的基波振型函数的解析描述,并利用能量极值法,完成随着集中质量大小与位置变化的离散固支弹性板基波振型函数插值系数及其基波频率的解析。以不含集中质量离散固支弹性板为特例求解,与有限元分析计算结果相比对,验证求解离散固支弹性板基波频率方法的可行性。此外,以含两个集中质量的矩形弹性板为计算实例,完成了集中质量大小以及位置变化的基波振型函数插值系数k及其振型函数、基波频率f的曲面描述与分析。上述解析分析方法可为工程电路板PCB的动态设计提供了可行的理论分析方法。     

变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用Hamilton原理建立变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板自由振动与屈曲问题的控制微分方程并进行无量纲化。通过一种半解析方法-微分变换法(DTM)研究其无量纲固有频率和屈曲临界载荷特性。采用DTM将其无量纲控制微分方程及边界条件变换为等价的代数方程,得到含有频率和屈曲载荷的特征方程。将该问题退化为面内变刚度矩形板情形,其DTM解与精确解进行对比,结果表明DTM具有非常高的精度和很强的适用性。计算出在不同边界条件下屈曲临界载荷并分析地基刚度变化参数、弹性模量变化参数、密度变化参数、面内载荷和长宽比对矩形板无量纲固有频率的影响,给出了不同边界条件下变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的前三阶振型。     

热环境下混凝土矩形薄板在弹性地基上的振动

基于刚性板的小挠度理论，考虑混凝土的材料非线性，推导了双参数弹性地基上混凝土矩形薄板热弹性问题的动力方程。采用级数法，导出了热环境下双参数弹性地基上四边简支混凝土矩形薄板的固有频率计算公式和强迫振动下的挠度函数。为便于工程应用，给出了双参数弹性地基上四边简支混凝土矩形薄板在恒向变温和温度均匀变化时的固有频率和均布荷载作用下的挠度函数。针对Winlder弹性地基的情况，讨论了板的材料弹性常数、几何尺寸（长宽比）、相对厚度、刚度系数k和温度对薄板固有频率和挠度函数的影响，从而为工程结构中热环境下弹性地基上混凝土矩形薄板的振动计算提供了理论依据。     

弹性地基上四边自由矩形薄板的自由振动

将弹性地基用Winkler模型来代替。首先把弹性地基上矩形薄板的动力学方程表示成为Hamilton正则方程，然后采用辛几何方法对全状态相变量进行分离变量，并利用得到的共扼辛正交归一关系，求出弹性地基上四边自由矩形薄板的固有频率和振型的解析解表达式。由于在求解过程中不需要事先人为的选取挠度函数，而是从弹性地基上矩形薄板的动力学基本方程出发，直接利用数学的方法求出可以满足四边自由边界条件的固有频率和振型的解析解表达式，使得问题的求解更加合理化。文中的最后还给出了计算实例来验证本文所采用的方法以及所推导出公式的正确性。     

局部粘贴压电宏纤维致动器的水下弹性结构机-电-液耦合振动特性EI北大核心CSCD

建立了局部粘贴压电宏纤维致动器(Macro Fiber Composite,MFC)的水下弹性结构机⁃电⁃液耦合振动模型,并开展了MFC激励下的水下弹性结构的频率响应实验。采用混合规则法得到了MFC等效体积单元的等效机电耦合参数。基于假设模态法推导了局部粘贴MFC的欧拉⁃伯努利梁的分段归一化振型函数。结果显示粘贴MFC致动器的主动变形段末端的变形量仅为被动变形段末端的3%,局部粘贴MFC致动器弹性结构的模态振型较匀质等截面梁结构发生了明显变化。建立了包含MFC致动器等效驱动力矩、周围流体水动力载荷及弹性结构振动特性的水下弹性结构机⁃电⁃液耦合振动模型。基于搭建的实验平台,测试得到了MFC不同激励频率下水下弹性结构的频率响应特性,实验结果表明:耦合动力学模型的理论预测结果与结构实际振动的幅频特性和相频特性基本一致,证明了所建立机⁃电⁃液耦合振动模型的有效性。     

任意边界条件下矩形板薄板自由振动特性分析

提出一种基于改进傅里叶级数的方法,对矩形薄板在任意边界条件下自由振动特性进行求解。通过将薄板振动的位移函数表示成二维傅里叶余弦级数和辅助级数的线性组合,克服传统傅里叶级数法中薄板位移函数边界处不连续的缺陷;基于位移函数列出矩形薄板拉格朗日方程,然后通过Hamilton原理求解得到矩形薄板自由振动频率与相应位移函数的系数。计算结果与文献及有限元解吻合良好,方法准确可靠;此外,通过改变边界约束弹簧刚度模拟任意边界条件;大量计算表明,固支边界条件与弹性边界条件组合中,随着固支边条界范围增大,矩形薄板无量纲频率参数呈增大趋势;简支及自由边界条件与弹性边界条件组合中,随着弹性边条界的增多,矩形薄板无量纲频率参数呈增大趋势。     

双参数弹性地基上正交各向异性矩形薄板自由振动的精确解

根据分离变量法得到了双参数弹性地基上正交各向异性矩形薄板自由振动封闭形式的精确解,其中边界条件为CCCC、SCCC和SSCC情况的精确解过去被认为是难以得到的。在分离变量方法中,利用控制微分方程本征值给出振型函数的解析形式和两个空间本征值和时间本征值的关系,再利用边界条件得到振型函数系数和本征值方程或频率方程的精确形式。数值结果与有限元结果及文献结果吻合较好,验证了本文方法和结果的正确性。     

液固耦合内流问题及防晃研究进展

对液固耦合内流问题以及液体晃动特性的研究在宇航工程中有着十分重要的意义，大型液体运载火箭以及战略弹道导弹中的推进剂与储箱的藕合效应和推进刑的晃动特性对它们的飞行动力稳定性有着很大的影响。为了使导弹和航天运载器具有良好的飞行稳定性，就必须对其内部液体推进剂的晃动加以抑制，避免使液体的晃动与整体结构的固有振动发生耦合，防止结构的固有振动频率和液体的晃动频率落入控制系统的频带之中。本文概述了近年来在液固耦合作用以及在推进剂防晃研究方面所取得的进展。     

矩形悬壁板自由振动精确解法

本文提出矩形薄板振动主振方向的概念。根据振形正交性的思想,在主振方向上矩形板振动波形是唯一的,由此建立了符合矩形悬臂板边界条件所激发出的振动曲线形态的振形函数表达式,并推导出矩形板的频率方程及相应的振形曲线。计算表明,这种方法符合板实际振动的规律性。     

贮液构筑物-地基相互作用时的动力特性分析

本文采用模态分析法对贮液构筑物与地基相互作用问题进行了分析、探讨、建立了计算模型,进行大量的对比计算,数值结果表明,考虑贮液构筑物与地基的相互作用以后,贮液构筑物的动力特性发生了较大变化,地基的影响对较低频率尤为明显。     

封闭弹性长方体与柱状体连接结构的辐射声场分析

建立了以机械方式连接的封闭弹性长方体与弹性圆柱体的外辐射声场模型。通过在弹性板和壳的四周以及两弹性结构连接点之间施加假想的弹簧系统模拟不同的边界条件和连接条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,推导出了腔体外辐射声场的解析解。该模型充分考虑了弹性结构之间的振动耦合以及弹性结构与腔体内声场之间的耦合。通过算例表明,弹性结构的辐射声场主要由其中的直接受力件的辐射声场所决定;弹性结构连接点处线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。同时,运用有限元法计算两个腔体内的声模态和弹性结构的振动模态,及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,验证理论推导的正确性。     

基于流固耦合与多目标拓扑优化的低噪声塑料机油冷却器盖优化设计

机油冷却器盖属于薄壁件,距离振动激励源较近,容易产生较大的振动噪声,且内腔冷却液的存在对机油冷却器盖的振动噪声有着很大的影响。为有效的对塑料机油冷却器盖的振动噪声进行仿真研究及优化,将流体冲击压力作为预应力的同时,结合塑料机油冷却器盖与内腔流体的流固耦合模型,采用流固耦合的方法对塑料机油冷却器盖的振动噪声水平进行了预测评估;根据预测结果,识别出对噪声贡献度较大的耦合模态频率;以降低塑料机油冷却器盖整体噪声为总目标,以提高各贡献度较大的耦合模态频率为子目标,利用加权指数法建立了多目标优化函数,对塑料机油冷却器盖结构进行了多目标拓扑优化。结果表明,优化后降噪效果明显,总声功率级降低了1.79 dB。     

压电体的混合变分原理及叠层板的自由振动分析

建立了具有机一电耦合效应的压电材料修正后的Hellinger—Reissner(H—R)混合变分原理，并推导了压电材料的Hamilton正则方程，即压电材料自由振动的控制微分方程；根据矩阵分析理论给出了带有压电材料层的叠层矩形板自由振动的精确求解方法，文中没有引入任何位移模式或应力模式假设，实例分析得到了压电混合叠层板正逆效应两种情况自由振动的低阶频率，并与已有文献结果进行了比较。本文提出的压电材料修正后的H—R混合变分原理将有利于压电材料动力问题的有限元法或半解析法的推导。     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。     

微幅晃动下考虑地基效应的矩形贮液结构动力响应研究

一般情况下矩形贮液结构通过底板直接坐落在地基上,有必要在考虑地基效应的基础上研究其动力特;定义微幅晃动波高限值,并建立矩形贮液结构的简化模型。采用人工边界模拟地基效应,建立了有限元计算模型,对比两类模型对应的晃动波高以验证简化模型的合理性,基于势流理论在微幅晃动范围内研究在不同边界条件、不同地震波和不同地震加速度幅值下矩形贮液结构的动力响应。结果表明,两类模型得到的晃动波高趋势一致,且最大晃动波高相差较小。在微幅晃动范围,液体最大晃动波高和地震加速度幅值成线性关系,考虑土-结构相互作用后,壁板水平位移、壁板有效应力和液体晃动压力有较大程度的的减小,而地基效应对液体晃动波高影响很小。     

梁结构耦合点的纵向弹性波传播

采用波动分析法研究了纵向弹性波在两半无限梁耦合点的传播。应用梁的一维波动方程，耦合点模拟为质量弹簧系统，根据耦合点的连续条件和平衡条件，计算得到了纵向波传输至耦合点的振动功率传播效率和反射效率。传播效率和反射效率确定为梁纵向波阻抗和耦合点阻抗的函数，分析了梁纵向波阻抗和耦合点阻抗对纵向波传播效率和反射效率的影响。研究表明通过合理的选择激励梁、耦合梁和耦合点阻抗之间的匹配关系，可有效控制耦合点的纵向波传播。本研究对于振动控制和结构优化设计具有重要的意义。