薄壁结构弯扭耦合振动分析

本文考虑转动惯量、剪切变形和翘曲,讨论了用迁移矩阵法分析薄壁结构的弯扭耦合振动问题。文中讨论了断面突变处的协调条件及端部封板对振动特性的影响。算例表明,本文的理论和方法是可靠的。     

Timoshenko薄壁梁弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响.数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性.     

非对称Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元自由振动的控制运动微分方程,推导了其精确的动态传递矩阵.采用Bernoulli-Euler弯扭耦合梁理论,假定梁横截面没有任何对称性,考虑了薄壁梁在两个方向的弯曲振动及翘曲刚度的影响.动态传递矩阵可以用于计算非对称薄壁梁及其集合体的精确固有频率和模态形状.针对具体的算例,给出了各种边界条件下固有频率的数值结果并与文献中已有的结果进行了比较,还讨论了翘曲刚度对固有频率和模态形状的影响,结果表明如果忽略翘曲刚度的影响,可能得到毫无意义的结果.     

基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析

该文主要以截面形心与剪切中心不重合的等截面空间薄壁梁为研究对象。以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑横向剪切变形以及横向剪力和二次剪应力所产生的翘曲,将转角位移和翘曲位移采取独立插值,利用虚功原理推导出薄壁截面空间梁元的弯扭耦合刚度矩阵。算例表明:所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用;当截面有非对称轴时,计算须考虑弯扭耦合的影响。     

非对称船体梁弯扭耦合振动试验及分析

为了验证一种基于薄壁结构力学理论，考虑了翘曲，剪切，剖面转动以及结构不连续性影响的薄壁梁有限元模型的适用性，针对航空空母舰这种具有不对称结构的船型进行了弯扭耦合振动试验，并就试验结果和计算结果作了分析和比较。     

《薄壁Timoshenko梁弯扭耦合振动的动态有限元法》

通过直接求解单对称均匀薄壁Timoshenko梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其精确的动态刚度矩阵。在本文研究中考虑了弯扭耦合、翘曲刚度、转动惯量和剪切变形的影响。针对某弯扭耦合的薄壁梁算例,应用本文推导的动态刚度矩阵,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,计算了该薄壁梁的固有特性,并讨论了翘曲刚度、剪切变形和转动惯量对该弯扭耦合薄壁梁的固有频率和模态形状的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性,并指出随着模态阶次的增加,剪切变形、转动惯量和翘曲刚度对薄壁梁的固有特性的影响更加显著。     

薄壁结构弯扭耦合振动计算研究

本文建立了薄壁结构弯扭耦合振动的薄壁梁有限元模型,该模型考虑翘曲和剪切变形的影响,能精确描述薄壁梁的纯弯状态和百均匀扭转,并适用于任何形状的横剖面,本文重点讨论了翘曲位移协调问题,提出了新的不同剖面形式梁段间的翘曲位移协调方法,数值算例证实了本文的正确性。     

Timoshenko薄壁湾弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响。数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性。     

自然弯扭梁的耦合振动分析

以空间曲梁理论为基础对具有一般横截面形状自然弯扭梁的耦合振动特性进行了研究,分析中包括了转动惯量、横向剪切变形以及和扭转有关的翘曲对振动的影响.通过对数学计算软件MATHEMATICA的精确运用可以得到该梁振型的解析表达式,精确的固有频率则可用搜索的方法来确定.为了证明理论的有效性,对两端固支椭圆截面曲梁的固有频率和振型进行了求解,并把数值计算结果同PATRAN梁单元的有限元结果进行了比较.     

组合断面薄壁杆件弯扭耦合分析

根据薄壁杆件结构约束扭转的一致性理论,研究了由多个薄壁杆件组成的组合薄壁杆件结构的弯扭耦合问题。在符拉索夫刚周边假定,库尔布鲁纳-哈丁理论对纵向翘曲位移的假定和弯曲时的平截面假定下,得到了弯扭耦合作用下组合断面薄壁杆件结构的总势能,并由此得出相应的拉格朗日函数。引入对偶变量,建立了组合断面薄壁杆件结构静力分析的哈密顿对偶体系,导出了弯扭耦合分析的哈密顿正则方程。用两端边值问题的精细积分法可求出高精度数值解。这种方法适合于开口断面、闭口断面及开闭口混合断面薄壁杆件结构的弯扭耦合分析。该方法是哈密顿力学在组合断面薄壁杆件结构弯扭耦合分析中的应用,数学推导过程简单,且有成熟高效的数值算法,思路清晰、精度高、易于接受。     

弯扭耦合影响的MEMS扭转谐振器件中的热弹性阻尼

热弹性阻尼作为一种基本的能量耗散机理,对高质量因数的MEMS谐振器件有着重要的影响。因为纯扭转振动不产生热弹性能量耗散,所以过去很少有文献涉及到扭转器件中热弹性阻尼。但是,静电驱动的扭转谐振器件中通常存在弯扭耦合现象,其中弯曲振动的部分不可避免的产生热弹性阻尼。针对具有弯扭耦合的MEMS扭转谐振器件,给出一种热弹性阻尼解析模型。首先考虑弯扭耦合效应,利用MEMS扭转谐振器件的静态平衡方程和动力学方程,得到线性振动方程,然后根据热传导方程和LR理论推导出热弹性阻尼的解析模型。将解析模型与FEM仿真结果及实验数据比较,证实了理论的可行性并揭示了热弹性阻尼在内部耗散中的重要性。通过对解析模型特性的研究,分析了谐振器件几何尺寸对热弹性阻尼的影响关系。     

自然弯扭梁的耦合振动特性分析

以自然弯扭梁理论为基础对具有一般横截面形状空间曲梁的耦合振动特性进行了研究。 在该梁的运动控制方程中,位移函数和广义翘曲坐标均被定义在形心轴上,且在分析中包括了转动惯量、横向剪切变形以及和扭转有关的翘曲对振动的影响。通过对数学计算软件MATHEMATICA的精确运用可以得到该梁振型的解析表达式,精确的固有频率则可用搜索的方法来确定。为了证明理论的有效性,对两端固支椭圆截面曲梁的固有频率和振型进行了求解,并把数值计算结果同使用PATRAN梁单元的有限元结果进行了比较。     

转子弯扭耦合振动共振特征分析

转子存在偏心距时,弯曲振动和扭转振动之间会相互作用产生弯扭耦合振动。目前对弯扭耦合振动的研究主要集中于其非线性特征,针对共振振幅大小和共振影响因素等共振特征的研究却比较少见。在实际的结构设计工作中,有时要利用耦合共振获取更大的振幅和振动能量。所以有必要从共振特征入手,对转子的弯扭耦合振动开展进一步的研究。首先建立偏心转子的弯扭耦合振动模型,使用小参数法对振动方程求解。其次分析扭转振动、弯扭振动产生耦合共振的条件,详细比较各振型共振振幅的大小和各参数对共振振幅的影响。然后以具体的算例,对各参数对弯扭耦合共振振幅大小的影响进行数值模拟,计算各阶共振振幅的大小,给出具有最大共振振幅时的参数条件,验证理论分析,为弯扭耦合振动的研究工作提供思路和依据。     

轴向力对轴系弯扭耦合振动特性的影响

当轴系的截面质心和剪切中心不一致时,将会产生弯扭耦合振动.轴系轴向受力后,等效扭转刚度和弯曲刚度等参数都会有所改变,因而对轴系弯扭耦合振动特性也将有所变化,从而可能对轴系的安全运行产生影响.建立了一个集中参数的当量力学模型,推导了附加了轴向力后轴系的弯曲振动以及弯扭耦合振动的传递矩阵.通过对轴系的弯扭耦合振动特性进行分析计算,得到了一系列关于轴向力对轴系弯扭耦合振动的影响规律,这些规律对旋转轴系的结构设计具有一定的意义.     

对称非均匀层合板梁的弯扭耦合效应

为了研究复合材料风力机叶片的弯扭耦合效应,将风力机叶片简化为对称非均匀铺层层合板梁,采用实验和数值分析方法研究耦合区域对叶片弯扭耦合效应的影响。给出了对称非均匀层合板梁的铺层方式及其制作工艺,设计了对称非均匀层合板梁的弯扭耦合效应实验,给出了实验原理及测量方法,测量了对称非均匀层合板梁的挠度和扭转角。基于ANSYS软件建立了对称非均匀层合板梁的有限元模型,计算了在集中力载荷作用下梁的变形。通过有限元数值分析结果与实验结果对比,结果表明:耦合区域对对称非均匀层合板梁的变形行为产生重要影响,采用中部耦合区域铺层方式可以获得显著的弯扭耦合效应。     

裂纹转子弯扭耦合瞬态振动影响因素研究

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，推导了裂纹转子的弯扭耦合振动非线性微分方程，通过数值仿真手段，分析了升速过程中弯振和扭振的瞬态特性，并详细探讨了加速度、裂纹减小刚度、裂纹夹角、质量偏心以及阻尼系数等因素对弯扭耦合振动瞬态特性的影响。研究表明，升速过程中，随着加速度增大，弯振和扭振各共振峰值减小，而对应转速增加。各共振峰值均随着△kq的增加而增大，当△kq超过某值后，峰值急剧增加。β在0～2π范围内变化时，各共振峰值呈现不同周期的正余弦变化。质量偏心主要影响临界峰值，对其它各峰值影响很小。各峰值均随阻尼系数的增加而降低，阻尼系数较小时，峰值减小率更大。     

Jeffcott转子碰摩的弯扭耦合振动特性分析

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，采用库仑摩擦模型描述了碰摩力和力矩，建立了碰摩转子的非线性弯扭耦合振动微分方程。从扭振对碰摩特性的影响和扭振碰摩特征响应两个角度，进行了碰摩特性的数值分析。通过以转速比变化为参数的分岔图发现：弯振分岔图大致可分为四个复杂运动区，有无考虑扭振的分岔图都具有周期运动、拟周期运动和复杂的混沌运动形式，但它们进入和离开这些复杂运动区的路径和在复杂区内的运动形式却有所不同；而扭振分岔图与考虑弯扭耦合的弯振分岔图存在对应关系，它也可分为四个复杂运动区，也具有周期运动、拟周期运动和复杂的混沌运动等形式。文中揭示的振动特征为转子系统的状态识别与诊断提供了一条新思路。     

多间隙弯扭耦合齿轮非线性振动的分岔特性研究

采用集中质量法,建立了齿轮-转子-轴承系统的四自由度的弯扭耦合的非线性振动模型,模型考虑了齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、支承间隙以及综合传递误差等非线性因素;推导出系统的量纲一振动微分方程,采用数值积分方法研究多间隙弯扭耦合齿轮传动的运动随转速、齿侧间隙、支承间隙以及阻尼等参数的分岔特性,同时结合Poincaré截面图,全面系统的分析了转速、啮合阻尼、齿侧间隙以及支承间隙等参数对系统分岔特性的影响。结果发现,在一定的齿侧间隙和啮合阻尼下,随着转速的逐渐增加,系统进入混沌的途径包括激变和拟周期分岔,且随着阻尼系数的增加,系统的分岔和混沌运动被抑制,表现为其混沌区域宽度逐渐降低;在一定的转速和啮合阻尼下,而随着齿侧间隙的逐渐增加,系统会从通过激变进入混沌的途径转变成由倍周期分岔途径进入到混沌,且系统在不同的啮合阻尼下最终锁相为混沌、周期四、周期二和周期一运动;在满足一定的转速和啮合阻尼条件下,随着齿侧间隙的增加,系统可通过倍周期分岔进入并锁定为Naimark-sacker分岔。在满足一定的转速、啮合阻尼和齿侧间隙的条件下,随着支承间隙的增加,系统运动进入狭窄的周期五窗口后锁相为周期一运动,且从系统的控制方程和数值解可以发现支承间隙对系统的运动的影响较弱。     

开口薄壁构件弯扭屈曲的单肢解析化分析方法

开口薄壁构件的翘曲可视为各板件面内弯曲的组合,因此无需确定截面弯心和翘曲惯矩等参数,也能获得构件抗力性能描述;单肢化的假想荷载分析及其结论的灵活综合,可清晰表述弯扭屈曲时复杂的荷载附加效应,并能在结论中自然反映以Wagner效应为代表的诸多复杂因素。基于上述措施,该文所提出的弯扭屈曲分析方法具有简单的推导过程和结论形式,无需引入复杂的板壳非线性分析理论,但解决了Bleich的方法中横向荷载Wagner效应缺失问题以及轴向偏心荷载与横向荷载所致弯矩的附加效应形式不统一的问题,并对多样化的截面构型、荷载类型及约束方式提供广泛适应性。对于各种典型的弹性弯扭屈曲问题,特别是其中目前尚存在广泛争议的单轴对称截面梁的侧向屈曲问题,该方法均取得了良好的对比分析结论。分析表明:把薄壁构件凝聚到轴上进行分析和结论表述这一传统措施造成二阶分析中的诸多困难,并可能导致不易察觉的疏漏,该文的单肢解析化思路有助于避免这些问题。     

摩擦力作用下推进轴系弯—扭耦合振动特性分析

推进轴系的艉轴承负荷受螺旋桨、轴系对中等因素影响,不合理设计或安装可能导致轴承润滑不良,使轴颈与橡胶轴承间容易存在“粘着—滑动”状态,进而导致轴系的弯曲、扭转振动异常。通过简化的推进轴系模型,从机理上分析轴系在艉部橡胶轴承摩擦力作用下的弯-扭耦合振动特性及其主要影响因素,为识别轴系异常振动和噪声提供参考。