磁场中旋转圆板的磁弹性行波动力学分析

研究磁场作用下导电旋转圆形薄板的行波动力学特性问题。根据哈密顿原理推导出磁场作用下旋转运动圆板的磁弹性振动控制方程,根据边界条件设定行波特性振型函数,应用伽辽金积分得到了行波动力学特征方程。通过算例分析旋转运动圆板在磁场作用下的前、后行波振动频率变化和各阶模态的临界转速与振动失稳问题,并得到了圆形薄板临界转速对应各阶模态的变化规律,分析了不同磁场强度对各阶模态振动频率的影响曲线和不同振动模态阻尼的变化曲线,以及相同磁场作用下旋转圆板厚度变化对振动频率和临界转速的影响曲线。结果表明:磁场、转速、板厚等参数对旋转圆板的行波振动有显著影响。     

磁场中导电旋转圆板的磁弹性非线性共振

研究旋转运动圆形薄板在磁场中受到机械载荷作用时的磁弹性非线性共振问题。根据哈密顿原理推导出旋转运动圆板在磁场中的磁弹性非线性振动方程,基于电磁理论给出了旋转板所受电磁力的表达式;通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到横向磁场中旋转导电圆板的磁弹性轴对称振动微分方程。应用平均法对系统非线性主共振问题进行求解,得到稳态运动下的幅频响应方程。通过数值计算,得到固支边界条件下圆板的幅频特性曲线以及振幅随磁感应强度、转速、激励力等参数的变化规律曲线图,分析了不同参数对旋转板共振幅值及非线性特性的影响。     

旋转层合圆板的行波动力学特性分析

基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理,建立了旋转层合圆板动力学运动方程和相应的边界条件。运用伽辽金法对旋转层合圆板横向振动的行波动力学特性进行了模拟,给出了其前行波、后行波振动频率随层合圆板铺层几何特征、材料参数、旋转速度等的变化规律,并对旋转层合圆板几何和材料参数对其动力失稳临界转速的影响进行了讨论。     

横向磁场中旋变运动导电圆板的参强联合共振

研究变速旋转圆板的非线性磁弹性参强联合振动问题。给出旋转圆板在磁场中的磁弹性振动方程,应用伽辽金法离散变量,得到横向磁场中旋转圆板轴对称参强联合振动微分方程。运用多尺度法求解振动微分方程,分析久期项得到系统发生参强联合共振时的两种共振状态,并分别给出两种状态下系统的幅频响应方程。通过数值计算,给出圆板的协调参数、磁场、转速、激励力等参数变化对振动特性的影响,对比两种共振条件下的幅值-参数曲线,讨论不同参数变化对系统稳定性的影响。通过系统的全局分岔图,讨论分岔参数变化对系统动力学特性的影响。     

磁场中旋转运动圆板磁弹性超谐-组合共振

针对磁场中的旋转运动导电圆板,基于弹性理论和电磁原理,给出旋转圆板的动能、应变能和电磁力表达式。应用Hamilton原理,推导出几何非线性下圆板的磁弹性横向振动方程。针对横向磁场中双频外载作用下圆板的轴对称振动问题进行分析,利用辽金积分法得到夹支约束下旋转板的无量纲化振动微分方程;应用多尺度法求解非线性方程,得到超谐-组合联合共振下系统的幅频响应方程,并对稳态解的稳定性进行分析,得出稳定解的判定条件。由算例给出了旋转运动圆板共振幅值随频率参数、磁场及力幅的变化规律曲线图,分析了转速、磁场等参量对共振稳态解的影响;通过分析所绘制动相平面图上奇点附近相轨迹的变化趋向,进一步阐明了稳态解的多值性和稳定性。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

轴向运动导电薄板的磁弹性振动

针对磁场环境中轴向运动导电薄板的磁弹性振动问题进行研究。在给出薄板运动的动能、应变能以及电磁力虚功表达式的基础上,应用哈密顿变分原理,推得磁场中轴向运动矩形薄板的磁弹性振动方程。基于麦克斯威尔电磁场方程并考虑相应的电磁关系式,得到薄板所受电磁力的表达式。针对横向磁场中矩形板的自由振动问题,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到三种边界约束条件下轴向运动薄板的磁弹性振动微分方程。通过数值算例,给出了不同边界条件下矩形板的磁弹性振动特性曲线图,分析了轴向运动速度和磁感应强度等参量对薄板固有振动频率的影响,讨论了临界速度的变化规律。     

横向常磁场中铁磁圆板的主共振特性与静载效应

针对横向常磁场中铁磁圆板的主共振问题进行研究.基于电磁基本理论,得到薄板在常磁场中所受的磁体力和洛伦兹力,应用哈密顿变分原理,推导出磁场中铁磁圆板磁弹性耦合横向振动微分方程.常磁场中铁磁圆板受到的磁体力为静载荷,根据伽辽金法得到周边夹支边界条件下铁磁圆板在静载荷作用下的初挠度,进一步应用多尺度法对周期载荷作用下的非线性...     

气激状态下黏弹性阻尼薄板的有限元建模与分析

创建气激载荷作用下的黏弹性阻尼板的振动特性分析模型是黏弹性阻尼减振研究的一项重要内容。基于实验数据,以薄板为对象,提出一种简单易行的气动载荷作用下黏弹性悬臂薄板振动特性的有限元建模方法。首先,简要介绍该建模方法的一般流程。接着,采用自制的气激试验台对贴敷黏弹性阻尼材料前后的悬臂薄板振动特性进行测试,获得气激载荷作用下板的共振频率及共振响应。再则,从有限元建模的需要出发,用计算流体力学仿真软件Fluent获取试验中作用于薄板上的气动载荷。然后按照反推法及薄板阻尼处理前后的耗能规律得到有限元建模所需的黏弹性材料杨氏模量和损耗因子。最后,引入所确定的气动载荷和黏弹性材料相关参数,对黏弹性阻尼板的谐响应进行计算,将分析结果与实验比对证实了分析模型的合理性。     

单相异步电动机旋转振动频谱特征分析

对单相异步电动机额定状态下的旋转振动进行了实际测试, 发现电机运行时存在明显的旋转振动,且振动频率是基波频率的两倍。对旋转振动产生的机理进行了剖析,发现椭圆旋转磁场的幅值和转速变化是产生旋转振动的主要原因,并对椭圆磁场的幅值和转速情况进行了仿真。对单相异步电动机在调压调速工况下的旋转振动进行了实际测试,对实验结果进行了频谱特征分析,找出了旋转振动主要分量的幅值与通电电压之间的关系,最后对实验结果产生的原因进行了剖析。     

大挠度简支矩形薄板在热、力、磁耦合作用下的分岔与混沌

本文针对大挠度四边不可移简支薄板,研究其在机械载荷、电磁场与温度场耦合作用下的混沌运动。在板壳与磁弹性力学理论的基础上,考虑温度场的影响,推导出在横向稳恒磁场和机械载荷共同作用下薄板的非线性磁弹性耦合振动方程。利用Melnikov函数法,求出该动力系统Smale马蹄变换意义下出现混沌运动的条件,并对该系统振动方程进行数值模拟。通过具体算例,得到了系统的分岔图、位移波形图、相平面轨迹及庞加莱截面图,讨论了机械载荷、磁场以及温度场的参数对系统混沌运动的影响。由仿真结果可知,通过变化机械载荷、磁场和温度场参数,可以控制系统的振动特性。     

Vibration suppression of a CLD treated plate subject to a harmonic traveling load

Abstract

The vibrations of an annular plate with constrained layer damping (CLD) treatment subject to a traveling load are investigated. The equation of motion, after employing the assumed‐mode method, Donnell‐Mushtari‐Vlasov assumption and the Hamilton principle yielded terms of three plates’ displacements. The response is eventually, for each n, in terms of a single degree of freedom (SDOF) linear oscillator with hysteretic damping. The solution to a harmonic traveling load is then solved and discussed. Numerical results showed that the CLD treatment imposed significant damping onto the plate, especially as the plate reached its resonance. The interaction of harmonic driving frequency and traveling speed was also looked into. The results showed that to have the best damping effect, a relatively thin Visco Elastic Material (VEM) layer was enough and the damping was the most significant for n=0 and n=1 modes.     

杨树叶风振实验研究

通过研究杨树叶及其模型在不同风速下的风振变形情况,发现基于风速和叶片长度的雷诺数是单一叶片振动变形的重要气动参数.实验主要采用摄像机记录树叶变形振动过程和粒子图像测速仪测量叶片尾流流场的方法进行.实验过程中,随着风速由小变大,真实树叶依次经过了静态变形,大幅低频振荡,叶片翻卷并重归静态,由静态变为大幅高频振动等不同状态.实验表明,随着风速的增大,人造树叶经历了与真实树叶相似的状态变化过程,但各个状态的临界雷诺数与真实树叶有所不同.     

横向磁场中圆板的轴对称振动

给出了横向磁场中圆形薄板振动的基本方程,并对周边固支圆板的振动特性进行了分析,最后给出数值结果,表明磁场的变化对振动频率及衰减系数的影响。     

横向磁场中轴向变速运动矩形板的参数振动

针对磁场环境中轴向变速运动导电矩形薄板的磁弹性参数振动问题进行研究。在给出薄板运动的动能、应变能以及电磁力表达式基础上,应用哈密顿变分原理,推得轴向运动矩形薄板的磁弹性参数振动方程。针对横向磁场中四边简支边界约束下轴向变速运动矩形板的参数振动问题,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到包含两个变系数项的马蒂厄振动方程。基于弗洛凯理论并应用平均法,对参数振动系统周期解的稳定性进行分析,得到稳定性判别条件。通过数值算例,给出参数振动系统周期解的稳定性图和振动响应曲线图,分析轴向速度等参量对薄板参数振动响应以及解的稳定性的影响。结果表明,稳定解区域对应的响应曲线呈现周期或概周期运动形式,不稳定解区域对应的响应曲线呈现发散形式。     

边箱钢-混叠合梁颤振性能及气动措施研究

为了研究边箱钢-混叠合梁悬索桥的颤振性能,以某大跨度悬索桥为背景,通过一系列节段模型风洞试验,研究了边箱钢-混叠合梁悬索桥的颤振形态及特性,并详细分析了上、下中央稳定板、水平导流板、裙板、锐化风嘴等气动措施对其颤振性能的影响。结果表明:边箱钢-混叠合梁颤振呈现以扭转为主、单一频率振动的弯扭耦合振动特征,即出现软颤振现象,且振动频率与系统扭转频率相近;通过气动优化研究发现,对于边箱钢-混叠合梁,中央稳定板对于提高其颤振临界风速的作用有限,而水平导流板与裙板组合气动措施的作用效果明显,可显著提高其颤振临界风速。此外,锐化风嘴亦可改善边箱钢-混叠合梁颤振性能。     

高速铁路风障在横风与列车风耦合作用下的气动特性研究

针对单层、腔室型两种形式的开孔波纹板风障,采用滑移网格方法分别模拟横风条件下高速列车通过风障区域的过程,分析了在横风和列车风耦合作用下风障周围的绕流流场特性、风障面板气动荷载的时域特性及横风与列车风耦合脉动压力的频域特性。结果表明:在高速列车行经风障区域的过程中,无横风时头车产生的冲击作用要大于尾车的;存在横风作用时,列车头车产生的气动冲击作用与横风作用形成对冲,抵消了部分横风能量,而列车尾车则与横风作用相叠加,放大了横风对风障的气动作用;单层风障通过改变横风流向起到挡风减载作用,而腔室型风障同时可在腔室内部及尾流形成大量小漩涡来消耗横风能量,使用腔室风障能显著降低单个风障面板的气动荷载;该研究中,横风与列车风耦合作用于风障的脉动压力以及气动荷载的主频谱峰值集中在0.5~5 Hz内。