弹性支承梁损伤识别的二步方法

采用边界为弹簧－集中质量梁模型,考虑梁振动时边界条件对频率与振型的影响。利用摄动原理,推导了由边界为弹簧－集中质量模态求等效的一端固支一端铰支简支梁振动模态的公式,进而采用广义逆方法识别一端固支－端铰支梁的损伤。以实例证明这种模态还原法与广义逆方法联合使用的二步损伤识别方法的准确性与实用性。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

薄膜振动附加质量试验研究

附加质量对于膜结构振动特性有明显影响,在其振动分析中不能忽略.利用真空箱测试薄膜在不同密度空气中的振动特性,研究了薄膜振动的附加质量影响因素和规律.真空箱采用钢板和钢化玻璃制作,利用真空泵调节真空箱内的气压可以改变箱内的空气密度.对比薄膜在不同密度空气中的振动频率,可以计算其附加质量.试验结果表明,薄膜自振频率随气体密度减小而增大,附加质量效应十分明显,且与模态振型相关.基于试验分析提出了附加质量分布的简化模型,即对于每阶模态,薄膜振动的附加质量分布相当于振型各区域上均匀分布有0.65倍该振型区域特征长度的空气,而振型区域特征长度,取该区域内切圆直径.利用该简化模型分析薄膜得到的振动频率与本文及已有试验结果符合良好,证明了该简化模型的有效性.     

两端受套筒约束轴向运动梁的横向振动固有频率和模态函数

摘要 研究两端带有扭转弹簧且弹簧系数可任意变化的混杂边界下的轴向运动梁的横向振动。利用混杂边界条件推导任意弹簧系数的系统特征方程以及模态函数。运用数值方法计算系统的固有频率和模态函数。通过数值算例,讨论了弹簧系数对前四阶固有频率随轴向速度变化的影响,以及弹簧系数与系统复模态函数的关系。     

多跨的三种梁的横向自由振动模型

运用了参数变易法对Timoshenko、Rayleigh和shear梁的横向自由振动模型进行了推导,分析了铰支座、集中质量、转动惯性、拉压弹簧和扭转弹簧的复杂边界条件的情形,进而给出了带有多个复杂边界条件的三种梁的自由振动模型。在其简化的Euler梁下对三个有一定工程实践意义的模型进行了推导,分别是双跨梁、双跨梁带有任意个集中质量和单跨梁带有任意个拉压弹簧的自由振动模型,三个模型的频率方程的结果与已有文献的结果相比具有很好的一致性。并运用Nastran将双跨梁进行了算例分析,结果本文提出的公式计算的一阶频率与有限元方法得出的一阶频率之差小于5%,表明提出的模型是合理可用的。     

变截面Euler-Bernoulli梁在轴力作用下固有振动的级数解

建立了截面特性、轴力和质量分布均连续变化的Euler-Bernoulli梁固有振动方程。采用Frobeniu方法求解方程,得到了方程的级数解析解;并计算了结构的振动频率与振型。算例证明了该方法的有效性,并表明轴向力的几何非线性效应对振动的低阶频率和自振振型有一定的影响,级数项数的取值对算法的收敛性有影响。     

带有弹簧-质量-圆柱壳耦合结构自由振动分析

采用子结构导纳法研究了简支边界条件下带有多根弹簧-集中质量-圆柱壳耦合结构的自由振动。根据已有结果,通过求解多根弹簧等效刚度的推导思路,采用柔度法得到各子结构矩阵元素的柔度系数,进而求得集中质量带有多根弹簧的圆柱壳耦合结构自振频率及模态理论公式,并与已有文献结果作对比,证明了本文理论推导的正确性。应用本文理论方法进一步求解了集中质量带有三根弹簧圆柱壳耦合结构的自振频率及振型,并与建立的ANSYS有限元模型分析结果作对比,二者结果误差很小,可以忽略,再次验证本文理论的合理性及正确性。     

含弹性连接和层间流体的双梁结构的耦合振动分析

基于模态分析理论研究了内部有弹性连接和层间流体的双梁结构的耦合振动。按梁的对称和反对称模态分别讨论系统的耦合振动,其中对称模态和反对称模态分别采用余弦级数和正弦级数展开,并根据线性叠加原理获得耦合系统的频域响应。给出了结构受单点激励时的频响函数、固有频率、梁的模态振型以及共振状态下流体中的压力分布,并与有限元分析结果相比较,结果显示两者相当吻合。在此基础上,讨论了弹簧刚度和梁间距对耦合系统振动特性的影响。     

衬套刚度对扭力梁悬架模态分布影响研究

为分析和解决汽车扭力梁悬架系统振动引致的整车NVH问题,建立施加约束边界的悬架系统有限元模型并计算其系统模态。为了更确切地模拟悬架橡胶衬套在实际工作状态下所表现出的动态刚度特性,在有限元建模中提出一种衬套动刚度的当量方法,并结合试验验证阐明该方法的正确性。基于验证后的模型,以衬套刚度为影响因素,对悬架系统的低阶模态频率进行灵敏度分析,并讨论衬套刚度约束方向与模态振型之间的联系,最终揭示出衬套刚度对系统模态分布的影响规律。     

基于Bessel和Meijer-G函数的楔形和锥形悬臂梁振动分析

基于欧拉-伯努利梁理论,利用Lagrange法建立了楔形和锥形截面梁在外激作用下的非线性微分方程.提出了一种基于Bessel函数和Meijer-G函数线性组合的无需迭代及近似截断的振型函数,且该振型函数不依赖于楔形和锥形变截面梁的弯曲振动的运动方程是否为标准的Bessel形式,该方法能快速求解线性基频和模态函数.随后将...     

Free vibrations of a multi-span Timoshenko beam carrying multiple spring-mass systems

Structural elements supporting motors or engines are frequently seen in technological applications. The operation of a machine may introduce additional dynamic stresses on the beam. It is important, then, to know the natural frequencies of the coupled beam-mass system, in order to obtain a proper design of the structural elements. The literature regarding the free vibration analysis of Bernoulli-Euler single-span beams carrying a number of spring-mass system and Bernoulli-Euler multi-span beams carrying multiple spring-mass systems are plenty, but on Timoshenko multi-span beams carrying multiple spring-mass systems is fewer. This paper aims at determining the natural frequencies and mode shapes of a Timoshenko multi-span beam. The model allows to analyse the influence of the shear effect and spring-mass systems on the dynamic behaviour of the beams by using Timoshenko Beam Theory (TBT). The effects of attached spring-mass systems on the free vibration characteristics of the 1–4 span beams are studied. The natural frequencies of Timoshenko multi-span beam calculated by using secant method for non-trivial solution are compared with the natural frequencies of multi-span beam calculated by using Bernoulli-Euler Beam Theory (EBT) in literature; the mode shapes are presented in graphs.     

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。     

均布人群对简支欧拉梁动力特性的影响

研究了作用在梁上的均匀分布人群对梁的动力特性的影响.将人群简化为均匀分布的弹性质量模型,考察了无阻尼的弹性质量和有阻尼的弹性质量两种模型对简支欧拉梁的动力特性的影响,得到了人群和梁耦合系统的频率和阻尼的解析表达式.并以此研究了分布质量与梁的质量之比对梁的频率和阻尼比的影响,得到了人群对结构动力特性影响的定性规律.结果表明:耦合系统在人体振动基频处分支出一系列的振动频率,并且当分布人群质量与结构质量之比达到一定程度时,均布的人群会对梁的振动特性产生显著的影响,明显改变梁的自振频率,显著提高梁振动的阻尼比.最后研究了梁的振动频率对人群-梁耦合系统阻尼比的影响.     

中低频集中质量悬臂式簧片仪基频分析方法研究

簧片仪是一种中低频冲击响应谱测量装置,设计时可将其简化为端部附带集中质量的悬臂梁。簧片仪的振型方程中存在超越函数,对于等截面簧片仪来说,可使用二分法等数值方法求解,计算量较大,该方法不适用于复杂截面簧片仪基频设计。首先利用悬臂梁自由端受集中力的挠度公式,推导出其等效刚度等效单自由度的弹簧振子系统,利用弹簧振子相关频率公式解决求解集中质量等截面悬臂梁的基频问题,该方法与振型方程求解的基频对比,发现在10 Hz以下的中低频区域,可以很好的保证等截面悬臂梁的基频精度,大于10 Hz的中频段,误差随频率的升高而迅速增大。接下来,通过Mohr积分的方法,推导出等强度集中质量悬臂梁自由端的最大挠度,并给出其基频的设计公式,该方法与试验进行对比,发现误差与等截面悬臂梁有相同趋势,因此利用瑞利能量法修正设计公式中的质量参数,修正后与实验误差在5%左右。经理论与试验验证,所提出的簧片仪设计方法简单可行、计算结果可信。     

扭力梁式后悬架模态与疲劳实验研究

扭力梁式后悬架是汽车行驶系统中重要的承重构件,在不同的行驶工况下,会受到不同幅值和不同频率的激励。在激励频率和扭力梁式后悬架固有频率接近或相同时,会产生共振,进而发生疲劳断裂。通过对扭力梁式后悬架进行模态实验,获得该结构的固有频率和模态振型。对同一型号的扭力梁式后悬架进行弯曲、扭转疲劳实验,得到其疲劳破坏的具体形式。对产生破坏的扭力梁式后悬架进行模态实验,对未损坏和损坏的扭力梁式后悬架各自的固有频率和模态振型进行对比分析,发现产生疲劳破损的扭力梁式后悬架在某一阶频率下的模态振型有较大变化,结构的固有频率值和固有频率分布的变化并不很大。     

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。     

The vibrations of pre-twisted rotating Timoshenko beams by the Rayleigh–Ritz method

A modeling method for flapwise and chordwise bending vibration analysis of rotating pre-twisted Timoshenko beams is introduced. In the present modeling method, the shear and the rotary inertia effects on the modal characteristics are correctly included based on the Timoshenko beam theory. The kinetic and potential energy expressions of this model are derived from the Rayleigh–Ritz method, using a set of hybrid deformation variables. The equations of motion of the rotating beam are derived from the kinetic and potential energy expressions introduced in the present study. The equations thus derived are transmitted into dimensionless forms in which main dimensionless parameters are identified. The effects of dimensionless parameters such as the hub radius ratio, slenderness ration, etc. on the natural frequencies and modal characteristics of rotating pre-twisted beams are successfully examined through numerical studies. Finally the resonance frequency of the rotating beam is evaluated.     

轴向受载粘弹性Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁横向自由振动

用复模态分析方法研究了在两端简支和固支边界下,轴向受载粘弹性Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁自由振动的固有频率、衰减系数和模态函数的特性,给出了模态函数的正交性条件。通过数值算例,讨论了长宽比、轴力和粘弹性系数对梁的固有频率、衰减系数和模态函数的影响。数值结果表明增加轴力使梁的固有频率变大、模态函数幅值变小,但衰减系数变化不明显;粘弹性系数的增大对梁的固有频率与模态函数幅值影响较小,而衰减系数明显增大。     

应用移动质量法与分形维数实现梁损伤检测

以简支裂纹梁为例,利用移动质量法结合分形维数方法实现结构损伤检测。由于质量块在振动梁不同位置时对梁固有频率的影响不同,所以当质量块沿着梁长度方向移动时可以得到一组梁－质量块系统的固有频率曲线,通过分析这组固有频率的分形维数曲线确定梁的损伤位置及其损伤程度。随后讨论附加质量块大小和分形方法参数选择对损伤检测精确性的影响。数值计算结果表明,该方法能准确的识别裂纹位置和损伤程度。该方法的主要优点在于不需要结构的模态信息,并可以在随机激励下实现。     

《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。