具有初挠度夹层圆板非线性振动与解的稳定性

基于均布载荷作用下夹层圆板大幅度振动的基本方程和四种边界条件,利用空间模态假设和变分法,将初挠度设成空间函数的形式,动挠度设为时间和空间函数的分离形式,并将其代入各非线性振动方程,得出应力和转角用设定的挠度函数表示的形式,再将假定模态函数代入本问题的非线性振动方程,利用伽辽金法推导出时间模态的控制方程,并在相平面上讨论了解的稳定性。     

磁流变粘弹性夹层板在随机激励下的微振动响应特性

分析研究磁流变粘弹性夹层板在支座随机激励下的微振动响应特性。给出磁流变粘弹性材料的磁控动力学本构关系,建立粘弹性夹层板关于纵横位移的耦合运动微分方程。根据Galerkin法,将位移在空间上展开,转化该偏微分方程为常微分方程组,进一步导出关于板挠度的多自由度振动方程。根据随机振动理论,得到板系统的频响函数、响应功率谱密度和对于微振动的均方根速度响应谱等表达式,从而发展该粘弹性夹层板的随机微振动响应分析方法。最后给出数值结果,说明粘弹性夹层板可有效地控制其微振动响应,通过外加磁场调节磁流变粘弹性材料的损耗因子及存模系数等,可改进夹层板的微振动控制性能。     

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。     

电流变夹层板滑模振动控制

为实现板结构振动控制,基于滑动模态控制思想,设计适用于电流变夹层结构的变刚度控制器,并且推导两类控制律——滑模控制律和简化的开关控制律。先将电流变液处理为可控黏弹性材料,基于Hamilton原理建立电流变夹层板有限元模型。设计滑模控制器时,首先将系统变换到模态空间,然后利用LQR最优控制理论设计控制面函数,设计电流变夹层板的滑模控制器,最后给出两个近似的半主动控制律。对悬臂电流变夹层板进行仿真分析,设计的滑模控制器能显著降低电流变夹层板振动水平,均方根降幅达到88.23%,取得明显优于被动控制的减振效果,体现电流变夹层结构在板结构振动控制应用中的前景。     

板梁桥上移动荷载识别

用正交异性理论分析桥梁结构桥梁振动，用模态叠加法和最小二乘法将正交异板的挠度减应变变换为板的模态位移，采用差分方法得以板的模态速度和加速度，由板的模态座标方程和最小二乘法识别板上移动荷载。     

变厚度夹层环形板的非线性弯曲

本文对具有变厚度的夹层环形板大挠度弯曲问题进行研究。利用变分原理导出表层和夹心均为变厚度的夹层环形板大挠度弯曲问题的控制方程和边界条件,进一步给出表层和夹心均为双曲型变厚度的夹层环形板大挠度方程,采用摄动法求得了具有双曲型变厚度夹层环形板在外边缘为可移夹紧固定、内边缘与一刚性中心固结情况下非线性弯曲问题的渐近解,得到内边缘处无量纲挠度与无量纲载荷和无量纲应力的解析表达式,并讨论几何参数和物理参数对夹层环板弯曲的影响。     

形状记忆合金纤维正交各向异性层合矩形板的非线性弯曲振动

研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率, 建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程, 基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论, 建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有三次非线性项的Duffing型常微分方程, 采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明: 非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征, 马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著, 同时也讨论了SMA纤维含量、 板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。      

弹性基支自由边矩形板的非线性振动问题

弹性地基上四边自由矩形板的非线性振动分析是板理论中一个相当困难的问题，到目前为止这个问题还没有得到解决。本文首先给出一个包含三角函数和多项式组成的挠度函数和应力函数，这些函数满足在四个自由边上的全部边界条件。然后利用伽辽金法得到Ｄｕｆｉｎｇ方程。     

径向压力作用下夹层圆板自由振动理论解

基于小挠度薄板理论,建立径向均布压力作用下夹层圆板的振动控制方程。采用分离变量法导出夹层圆板的固有频率及振型解析式,计算径向均布压力作用下周边固支夹层圆板固有频率和振型,讨论径向均布压力和夹心层比率对固有频率的影响。研究表明夹层圆板的固有频率随径向压力增大而减小,临界压力随阶次的增大而增大;作用径向压力的夹层圆板固有频率随夹心层比率增大,先缓慢增大,到峰值后减小,该趋势与无径向压力时相同。     

周期局域共振蜂窝板的弯曲振动特性研究

基于声子晶体局域共振原理,设计了周期附加局域振子的蜂窝夹层板结构,利用双协调自由界面模态综合法,计算了周期局域共振蜂窝夹层板弯曲振动的频响特性,并给出了蜂窝夹层板的振型图。分析了局域振子刚度、质量等参数对振动带隙的影响特性,得出了带隙变化的定性规律。研究表明在振动带隙频率范围内,弯曲振动在此蜂窝夹层板能得到有效的抑制,该研究有望为复杂板壳振动控制提供一条新的技术途径。     

四角点支承四边自由矩形板自振分析新方法

四角点支承四边自由矩形板振形函数表达式由四边自由板所固有的基本振形和角点力所激发的附加振形组成。振形函数要满足振动微分方程和板挠度与角点力间的微分关系。为表示矩形板双向振动规律,基本振形在二个坐标轴方向分别有各自的表达式,并符合对应方向边界所限定的变形和受力特征：在对应自由边界上振幅不为零而剪力分布为零值,在自由角点处对应的四个角点力均为零值。而附加振形在角点处的振幅与角点力要符合板弯曲理论中的微分关系,在四个自由边界上对应的剪力分布均为零值。这种方法克服了现有解法中的理论缺陷,计算理念更合理。     

有角点支座矩形板自振分析

撤去角点支座代之以角点力得板自由振动分析的基本结构。原结构振形函数表达式由基本结构所固有的基本振形和角点力所激发的附加振形组成,它应满足振动微分方程和板挠度与角点力间的微分关系。为表示板双向振动规律,基本振形在二个坐标轴方向上有各自独立的振形曲线,分别符合相应方向边界所限定的、与微分方程直接关联的变形和受力特征：在支承边界上振幅为零而剪力分布不为零值;在自由边界上振幅不为零而剪力分布为零值;在自由角点处对应的振幅不为零而角点力为零值。附加振形在角点处要满足振幅与角点力的微分关系,在每条边界上要符合边界所限定的振幅与剪力分布的振动特征。文中导出二邻边和对角点支承矩形板,一边支承和一角点或二角点支承矩形板的振形曲线,并计算了不同边长比时板的自振频率。     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

移动荷载识别的函数逼近法

由多式函数,三角函数及其结合逼近桥梁挠度,对逼近函数分求得桥梁挠曲速度和加速度,用最小二乘法由桥梁挠度及近似的挠曲速度和加速度识别桥梁的模态位移、模态速度和模态加速度,由梁的模态座标方程和最小二乘法识别上移动荷载。与以前的识别方法相比,函数逼近的识别方法受测量噪声的影响较小。     

Time‐domain integration methods of exponentially damped linear systems

In this paper, three new kinds of time‐domain numerical methods of exponentially damped systems are presented, namely, the simplified Newmark integration method, the precise integration method, and the simplified complex mode superposition method. Based on the traditional Newmark integration method and transforming the equation of motion with exponentially damping kernel functions into an equivalent second‐order equation of motion by using the internal variables technique, the simplified Newmark integration method is developed by using a decoupling technique to reduce the computer run time and storage. By transforming the equation of motion with exponentially damping kernel functions into a first‐order state‐space equation, the precise integration technique is used to numerically solve the state‐space equation. Based on a symmetric state‐space equation and the complex mode superposition method, a delicate and simplified general solution of exponentially damped linear systems, completely in real‐value form, is developed. The accuracy and efficiency of the developed numerical methods are compared and discussed by two benchmark examples.     

空间桁架梁固有振动的能量变分解析解

目前人们对空间桁架梁的振动特性研究得较少,该文首先采用Timoshenko梁的连续化模型来模拟空间桁架梁,推导得到了空间桁架梁的等代抗弯刚度和等代抗剪刚度,并采用能量变分法对空间桁架梁的固有振动进行分析,给出空间桁架梁的竖向振动频率和振型的解析解。然后采用有限元软件ANSYS对几种不同算例进行模拟,通过模态分析得到空间桁架梁的频率与振型。将能量变分法求得的频率解析解与有限元分析求得的频率数值解进行对比,结果基本上是一致的,将两种方法得到的振型对比,结果吻合良好。该文所提出的能量变分解析解可供空间桁架梁的工程设计参考。     

复合载荷作用下波纹扁壳的非线性振动

应用轴对称旋转扁壳的非线性大挠度动力学方程，研究了波纹扁壳在复合载荷作用下的非线性受迫振动问题。采用格林函数方法，将扁壳的非线性偏微分方程组化为非线性积分微分方程组。再使用展开法求出格林函数，即将格林函数展开为特征函数的级数形式，积分微分方程就成为具有退化核的形式，从而容易得到关于时间的非线性常微分方程组。针对单模态振形，得到了谐和激励作用下的幅频响应。作为算例，研究了正弦波纹扁球壳的非线性受迫振动现象。得到的解答可供波纹壳的设计参考。     

磁致伸缩层合悬臂梁式作动器的振动分析

为了分析磁致伸缩薄膜型层合悬臂梁式作动器的振动问题,应用磁致伸缩材料的非线性本构关系,由哈密尔顿原理导出了双层悬臂梁的振动微分方程。采用分离变量方法和常微分方程组的解析解法对磁致伸缩薄膜型层合悬臂梁的自由振动和受迫振动进行了理论分析。数值算例表明本文计算结果与有限元结果吻合较好,从而佐证了本文理论模型和求解方法的正确性,并讨论了几何参数、材料参数对层合梁固有频率的影响。还分析了在周期输入磁场激励下悬臂梁的挠度响应,且挠度响应呈现出倍频效应的动态特性。