质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

振动波在质量偏心Timoshenko梁非连续处的传播特性研究

在工程实际中或研究船舶、潜艇等的低频振动时,相应的梁模型有时存在质量中心与形心不重合的情况,此质量偏心会引起弯-纵耦合。该研究以弯曲传播波、弯曲衰减波和纵向波为对象,推导了振动波在Timoshenko偏心梁的弹性支撑、变截面、边界和直角转角处的透射和反射矩阵,重点讨论了振动波的耦合及相互转变效应。分析结果表明：质量偏心率越大,弯曲衰减波越容易转变为弯曲传播波;当频率提高或者偏心率增大时,弯曲波对纵向波的贡献也变大;三种振动波在边界处不会产生耦合效应;当波入射位置存在截面尺寸变化时,弯曲衰减波在新尺寸对应的截止频率处转变为弯曲传播波。     

考虑质量偏心的阶梯梁-基础的强迫振动计算

轴系的质量非均匀会导致纵横振动的耦合,结合导纳综合法与改进的传递矩阵法,针对质量偏心阶梯梁-弹性基础模型,提出了一种理论/实验混合计算方法。通过与有限元计算结果对比,验证了方法的正确性;考察了质量偏心对系统响应的影响。结果表明:在垂向激励下,质量偏心对系统的垂向位移响应无影响,但是会使系统产生纵向位移响应;由于纵向位移以eθ的形式被引入弯-纵耦合振动方程,因此其频率特征与垂向响应一致,且其幅值与偏心程度成正比。     

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。     

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.     

预应力梁,板弯曲振动固有频率的研究

本文应用弹性动力学的理论，在一些基本假定的基础上对应力梁，板弯曲振动的固有频率进行了研究，提出了一种求解决实际工程中预应力梁，权在非中面受力，微弯状态下频率分析的一种实用方法，并在此基础上得到了梁，板在不同边界条件下频率的特征方程，通过与无预应力情况下的比较，分析了预应力及偏心距对梁，板弯曲振动固有频率影响的一般规律。     

弹性螺旋桨-轴系建模及振动特性的解析方法研究

为考虑螺旋桨自身弹性对桨-轴系统振动特性的影响,建立了一套基于Timoshenko梁理论的解析方法。将螺旋桨、轴系均用Timoshenko梁建模,结合桨叶与轴系连接处的协调条件及其边界条件,给出系统横向、纵向自由振动的控制方程;在同有限元结果对比表明本方法具有良好精度基础上,分析了桨叶弹性对系统模态的影响及桨-轴系统的力传递特性。研究表明:桨-轴系统的模态振型中螺旋桨叶片和轴系的弹性变形同时发生且相互影响,叶片弯曲模态会加剧轴系振动;作用于桨叶的激励引起的桨-轴系统轴承处的纵向传递力被桨叶弯曲和轴系纵振两阶模态显著放大,而横向传递力主要由桨叶及轴系的弯曲模态控制。     

船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

以某柴油机推进轴系为例,建立了扭转-纵向冲击有限元模型,加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应,研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应,并与无耦合轴系结果进行对比,分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明,扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大,但它明显地影响了冲击响应,扭纵耦合下,单一类型(扭转或纵向)冲击会同时激发纵向和扭转振动,并且引起较大的位移和扭矩波动,威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。     

《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。     

黏弹性三参数地基上Timoshenko梁横向自由振动

运用复模态分析方法研究了黏弹性三参数地基上Timoshenko梁的横向振动特征,得到简支边界条件下的频率方程以及模态函数表达式。通过具体算例，分析了各项地基参数对固有频率和模态函数的影响，比较了相同地基上作用的Timoshenko梁和Euler-Bernoulli梁的振动特征。结果表明，随着地基刚度、剪切参数的增大以及黏性系数的减小，各阶固有频率值均增大；Timoshenko梁的固有频率略低于Euler-Bernoulli梁。     

单根多楔带附件驱动系统中各带段横向振动固有频率计算方法的研究

将单根多楔带附件驱动系统中相邻两轮之间的带段简化成纵向运动梁,推导了纵向运动带(梁)横向振动固有频率的计算方程。以一典型的三轮(主动轮、从动轮和张紧轮)-带附件驱动系统为例,分别运用轮-(梁)带耦合模型(将带简化为梁)和单根纵向运动梁(带)模型,计算分析了附件驱动系统中各带段的横向振动频率。结果表明,当带的弯曲刚度较小和带速较低时,可以利用单根纵向运动梁(带)模型计算得到带的横向振动固有频率。该文的计算方法和结论,为单根多楔带附件驱动系统中带横向振动固有频率的计算分析提供了分析模型和计算方法。     

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。     

纵弯耦合宽带换能器设计及高静水压实验分析

利用纵振换能器的前盖板弯曲振动与其纵向振动相耦合的方式来拓宽换能器的频带．采用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行整体分析,经过大量的仿真计算,最终优化设计出纵弯换能器,使其电导响应和发送电压响应-3dB带宽均达到了一个倍频程,同时鉴于纵弯换能器耐压性能差,对其进行高静水压下实验分析,实验证明此换能器至少可以承受8MPa的静水压力。     

计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究

针对高速电主轴转子偏心状态产生的两种载荷-电磁不平衡拉力与离心力,据电磁理论建立电磁不平衡拉力载荷模型,理论分析两种偏心载荷幅值及频率特性;应用Timoshenko梁理论,建立耦合入轴承动态支撑刚度矩阵并以两种偏心载荷为外力的转子有限元模型;据动力学方程计算转子系统固有频率、振型,研究电磁不平衡拉力载荷与离心力载荷对转子系统动态特性影响;通过实验验证两种偏心载荷为引起高速电主轴转子振动的主要因素及转子系统一阶固有频率随转速升高而升高,实验结果与理论计算误差较小。     

纵弯复合型超声椭圆振动辅助抛光光纤阵列系统设计

对现有的化学机械抛光工艺难以满足光纤阵列组件高质量和高效率的要求,根据杆件的纵向振动和弯曲振动基本方程,设计了一种纵弯复合超声椭圆振动装置,用于光纤阵列组件的超声椭圆振动辅助化学机械抛光,以提高光纤阵列组件端面的抛光质量和抛光效率。所设计的纵弯复合超声振动系统实现了36kHz下纵向4阶和弯曲13阶的同频超声振动。振幅测试试验结果表明,超声椭圆振动双向振幅分别为3μm和2.5μm,超声椭圆振动辅助化学机械抛光后的光纤端面粗糙度达到27.58nm。     

曲线梁桥弯曲和扭转刚度对车桥耦合振动的影响

曲线梁的竖向弯曲和纵向扭转是相互耦合的,对于高速铁路双线曲线简支梁桥来说,由于存在大偏心,这种耦合作用对过桥车辆的有一定的影响。 桥梁的竖向刚度和扭转刚度为参数来研究车桥耦合振动,通过计算分析得出对高速铁路曲线桥的具有重要意义的结论。     

SMA纤维混杂复合材料箱型薄壁悬臂梁的固有频率

研究SMA纤维驱动下的复合材料箱型薄壁悬臂梁的固有振动频率特性。根据作者提出的SMA主动纤维复合材料箱型悬臂梁的横截面二维分析模型,采用Hamilton原理导出具有拉伸-扭转-弯曲变形耦合的梁的自由振动偏微分方程组。由上述一般的弹性耦合振动方程出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置等特殊情形,并且给出拉伸-扭转耦合、弯曲-扭转耦合固有振动频率的精确解。通过数值计算,分析了SMA纤维在激活状态下对复合材料箱型薄壁悬臂梁固有频率的影响机理。     

车下设备悬挂参数与车体结构之间的匹配关系研究

本文通过建立等效欧拉梁车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动的影响。研究结果表明,车下设备采用弹性悬挂的设计方式能够有效抑制车体的弹性振动。为了研究车下设备弹性悬挂参数与车体结构之间的匹配关系,本文基于模态叠加法原理法建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组刚柔耦合动力学模型。通过该三维模型分析了车下设备质量偏心和弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。仿真结果表明,车下设备横向偏心主要影响车体的横向振动特性,而车下设备纵向偏心主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,而当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够一定程度上抑制车体的弹性振动。     

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。     

转子轴系弯扭耦合振动的次同步谐振分析

考虑次同步谐振对汽轮发电机转子轴系的影响,建立了低压缸转子和发电机转子弯扭耦合振动系统的非线性动力学模型。质量偏心是引起弯扭耦合振动的重要因素,偏心量越大弯扭耦合越明显。应用平均法得到系统的分岔方程,通过奇异性理论分析得出：转迁集将参数平面划分为四个不同区域,在不同的参数区域内系统的运动模式不同。应用解析和数值的方法分析了系统的分岔特性比较发现：在次同步谐振作用下,仅考虑扭转振动是不全面的,应该将弯曲振动和扭转振动同时考虑更为合理。该结果可以为该系统的参数设计和故障诊断提供理论依据