参数异变性对非线性轴向加速梁系统横向振动特性的影响EI北大核心CSCD

分析了多参数(轴向平均速度、速度扰动幅值、黏滞阻尼、速度扰动频率)变化对非线性轴向加速梁横向振动特性的影响。在速度扰动幅值-速度扰动频率的双参平面内,通过数值方法得到了非线性轴向加速梁系统的分岔图和Poincaré映射图。确定了系统出现周期振荡和混沌振荡的参数区域,分析了出现鞍结分岔、倍化分岔的转迁规律。在双参平面内找到了使得轴向加速梁系统保持单周期稳态运动的区域,为非线性轴向加速梁结构的设计和优化提供了一定的参考。     

中间约束轴向运动梁横向非线性振动

聚焦于中间弹性约束对轴向运动梁横向非线性振动的影响。应用哈密顿原理,建立带有中间弹簧支撑的轴向运动梁的动力学控制方程。通过Galerkin截断方法数值计算了简支边界梯型截面轴向运动梁的固有频率,并数值计算得到梁的稳态响应。着重讨论了中间约束弹簧的刚度、系统的轴向运动速度、不同Galerkin截断阶数对系统固有频率、非线性受迫振动稳态响应的影响。研究发现,中间约束弹簧显著改变轴向运动梁的横向振动特性,而且轴向运动的速度能够改变中间弹簧对系统横向振动的影响。     

轴向运动大挠度板的非线性动力学行为

该文研究了受周期激励轴向运动大挠度板横向振动的稳定性及分岔现象。在von Kàrmàn非线性大挠度板理论基础上,利用达朗贝尔原理建立系统的动力学模型。通过Galerkin截断,将时间变量和空间变量、位移函数和应力函数耦合在一起的偏微分方程离散,得到系统运动常微分方程。利用数值方法分析板随轴向运动速度、外激励力幅值、长宽比和轴向拉力变化时的运动分岔行为。利用最大Lyapunov指数和Poincaré映射图识别系统的动力学行为。结果发现,当板的某些参数变化时,系统出现分岔现象。不同参数时,系统呈现周期运动、倍周期运动、概周期运动,甚至混沌运动。     

轴向变速运动大挠度薄板的非线性动力学行为

研究轴向变速运动大挠度薄板横向振动的稳定性及分岔现象。在von Kàrmàn非线性大挠度板理论基础上, 利用达朗贝尔原理建立系统的动力学模型。通过Galerkin截断, 将时间变量和空间变量、位移函数和应力函数耦合在一起的偏微分方程离散, 得到系统运动常微分方程。利用数值方法分析板随平均速度、速度脉动幅值和外激励力变化时的运动分岔行为。利用最大Lyapunov指数和Poincaré映射图识别系统的动力学行为。结果发现, 当板的某些参数变化时, 系统出现分岔现象。不同参数时, 系统呈现周期运动、倍周期运动、概周期运动, 甚至混沌运动。     

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。     

参数激励粘弹性传动带的分岔和混沌特性

该文分析了参数激励粘弹性传动带的分岔和混沌特性。基于几何非线性,根据哈密顿原理建立轴向运动粘弹性传动带的横向振动微分方程,利用Galerkin方法分离时间和空间变量,再应用Runge-Kutta法进行非线性振动特性分析。数值结果表明:粘弹性传动带系统存在分岔和混沌现象,并且系统的动力学响应随着参数的变化而变化。     

两端固定超临界轴向运动梁横向平衡位形与振动

研究了超临界速度下,两端固定的轴向运动梁静平衡位形及其分岔,以及横向非线性振动前两阶的固有频率.在超临界范围,轴向运动梁的静平衡位形由直线和对称曲线组成.基于轴向运动梁横向振动的非线性积分-偏微分控制方程,给出了固定边界条件下非平凡静平衡位形的解析表达式,讨论了梁的物理参数对轴向运动临界速度的影响.对于非平凡静平衡位形,经坐标变换,建立超临界轴向运动梁连续陀螺系统的标准控制方程.结合有限差分法以及离散傅立叶变换研究了超临界状态下梁横向振动的前两阶固有频率.并将数值结果与局部线性化后的Galerkin截断结果相比较.     

轴向运动超薄梁的非局部动力学分析

基于非局部弹性理论,建立了两端受初始张力的轴向运动超薄梁横向振动的控制方程。与现有的一些仅仅在控制方程中考虑非局部效应的研究不同,该文同时将非局部效应引入到两种典型的边界条件中,考察了非局部参数对超薄梁横向振动行为尤其是固有频率和临界速度的影响。结果表明：超薄性使得轴向运动梁的自由振动固有频率及临界速度降低,经典弹性理论高估了纳米尺度结构的弯曲刚度,轴向运动超薄梁的动力学行为存在明显的非局部尺寸效应。     

参数激励下带横向振动不稳定特性实测与计算

以发动机前端附件驱动系统中两相邻轮带段为研究对象,将带简化成轴向运动的粘弹性弦线,建立轴向运动弦线在张力和带速的参数激励下的非线性动力学方程;采用Galerkin方法将非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程,并用摄动法计算引起带横向振动不稳定特性的主/次谐共振频率范围。介绍发动机前端附件驱动系统中轮的角速度和带横向振动的实验装置和测试方法,识别出引起带横向振动不稳定特性的参数激励频率范围,带横向振动不稳定特性的共振频率范围计算值与实验值具有较好的一致性。实验结果表明带参数激励下横向振动的不稳定特性主要发生在带的次谐共振频率范围内;带段伸缩张力幅值越大,带在参数激励下横向振动的主/次谐共振频率范围就越大。     

固定边界超临界轴向运动梁平面振动频率

通过数值方法研究超临界速度下,两端固定边界的轴向运动梁平面耦合非线性振动固有频率。发展有限差分法,确定在超临界范围轴向运动梁的径向与横向耦合平面内非平凡静平衡位形。基于非平凡静平衡位形,经坐标变换,建立超临界轴向运动梁连续陀螺系统的标准控制方程。运用高阶Galerkin截断,研究超临界运动状态下梁平面振动的固有频率;并研究Galerkin截断阶数对计算结果的影响。     

Dynamic analysis of an axially translating viscoelastic beam with an arbitrarily varying length

The nonlinear free vibration of an axially translating viscoelastic beam with an arbitrarily varying length and axial velocity is investigated. Based on the linear viscoelastic differential constitutive law, the extended Hamilton’s principle is utilized to derive the generalized third-order equations of motion for the axially translating viscoelastic Bernoulli–Euler beam. The coupling effects between the axial motion and transverse vibration are assessed under various prescribed time-varying velocity fields. The inertia force arising from the longitudinal acceleration emerges, rendering the coupling terms between the axial beam acceleration and the beam flexure. Semi-analytical solutions for the governing PDE are obtained through the separation of variables and the assumed modes method. The modified Galerkin’s method and the fourth-order Runge–Kutta method are employed to numerically analyze the resulting equations. Further, dynamic stabilization is examined from the system energy standpoint for beam extension and retraction. Extensive numerical simulations are presented to illustrate the influences of varying translating velocities and viscoelastic parameters on the underlying dynamic responses. The material viscosity always dissipates energy and helps stabilize the transverse vibration.     

轴向变速黏弹性Rayleigh梁非线性参数振动稳态响应

研究非线性轴向运动黏弹性Rayleigh梁因速度周期变化产生的亚谐波共振。轴向运动速度在平均速度附近做简谐周期性脉动。通过取物质导数的Kelvin本构关系描述Rayleigh梁的黏弹性。运用多尺度近似解析方法,构建轴向运动Rayleigh梁的非线性偏微分方程的可解性条件,分析参数振动稳态响应的振幅与扰动速度频率关系。并运用微分求积方法直接离散非线性Rayleigh梁的控制方程,以验证近似解析方法分析。通过数值算例,分析了系统参数对稳态响应曲线的影响。     

轴向运动弦线横向非线性振动的能量和守恒

基于轴向运动弦线横向非线性振动的动力学方程，导出系统能量随时间变化的关系，定义了一个在系统振动过程中保持不变的守恒量。     

两平行导线间轴向运动载流梁的非线性主共振

研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。给出两平行导线间载流梁处磁感应强度及所受电磁力表达式,推得轴向运动载流梁的横向振动微分方程。应用伽辽金积分法,得到轴向运动梁无量纲化的非线性振动微分方程。采用多尺度法进行求解,得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例,得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图。结果表明,各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征有较大影响,且非线性振动特征较为明显。     

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。     

轴向运动黏弹性夹层板的多模态耦合横向振动

基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt黏弹性本构方程, 建立了轴向运动黏弹性夹层板横向振动控制方程, 研究了其横向振动特性。采用一阶和二阶Galerkin截断得到夹层板横向振动的特征方程, 讨论了两种夹心层所占总厚度比率下轴向运动速度对其横向振动特性的影响。研究表明: 在未超过临界速度前, 无论一阶还是二阶截断, 在定性描述系统特征上二者相同, 但一阶截断不适合描述轴向运动速度超过临界速度的情形; 对四边简支黏弹性夹层板, 临界速度和发生耦合模态颤振的速度随着夹心层比率的减少逐渐增大。     

纵向与横向振动耦合作用下轴向运动梁的非线性振动研究

利用增量谐波平衡法(IHB法)研究轴向运动梁在纵向与横向振动耦合作用下的非线性振动,尤其是在横向第1,2固有频率之比1/2接近1：3情况下的内部共振。首先利用哈密顿原理建立非惯性参考系下轴向运动梁的振动微分方程,采用分离变量法分离时间变量和空间变量并利用Galerkin方法离散运动方程。再利用IHB法进行非线性振动的分析。典型算例获得了纵向振动与横向振动耦合时非线性振动复杂的频幅响应曲线,探讨了耦合情况下对系统振动的影响,揭示了很多复杂而有趣的非线性现象。     

高斯激励黏弹性夹层梁的非线性随机响应特性

黏弹性夹层梁的随机振动控制是一个重要的实际问题。基于性能可控黏弹性体的夹层梁具有无需改变结构设计的可优化性而倍受关注。虽然关于该可控黏弹性夹层梁的振动已有一定研究,但所用的动力学模型在几何或物理上是线性的,而对于较强激励情况则需要考虑非线性因素。首次考虑该黏弹性体的物理非线性,建立黏弹性夹层梁及其支承质量系统的非线性运动微分方程,并离散化为多模态耦合的非线性振动方程;对于平稳随机激励,运用统计线性化法推导等价拟线性系统,并计算系统的随机响应,得到黏弹性夹层梁非线性随机振动的均方位移,及等价的频响函数和功率谱,用以评价可控黏弹性夹层梁的响应抑制性能。     

热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动分析

基于Timoshenko梁理论研究两端夹紧、一端夹紧一端简支、两端简支三种不同边界条件下的轴向运动功能梯度材料(FGM)梁在热冲击载荷作用下的自由振动响应。利用Hamilton原理推导热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动控制微分方程,并采用分离变量法求解一维热传导方程。通过微分求积法(DQM)在梁的长度方向进行离散,将原方程转化为四阶广义特征值问题,求解FGM梁自由振动的无量纲固有频率并进行特性分析。考虑了不同热冲击载荷,不同梯度指数和不同轴向运动无量纲速度对FGM梁自振频率的影响。结果表明:热冲击载荷越大,对降低FGM梁的固有频率的效果越明显;在轴向运动速度和热流输入不改变的情况下,逐渐增大材料梯度指数会使FGM梁的固有频率随之减小;FGM梁对热冲击短时间内有减缓作用,相对于均匀材料一阶失稳所需时间更长,受到热冲击的FGM梁在轴向运动时也更快达到失稳状态。