基于傅里叶级数展开的多跨耦合板功率流研究

提出了一种基于傅里叶级数展开求解水平多跨耦合板振动响应的解析方法。建立了多跨耦合板模型,使用傅里叶级数对单点激励力和未知耦合弯矩进行了表达,并利用耦合边的角速度连续性条件,实现了耦合边耦合弯矩的求解以及各子板任意点响应的计算。根据功率流理论,得到了激励点输入功率流以及各耦合边传递功率流的计算公式。取三跨耦合板模型作为理论仿真对象,使用ANSYS有限元软件验证了理论模型的正确性。利用获得的理论模型,分析了阻尼和激励点位置对结构输入和传递功率流的影响,结果表明对激励板进行阻尼处理以及在板的中心位置激励,能有效抑制结构功率流的输入和传递。     

基于谱几何法的耦合板结构固有振动特性分析

以耦合板结构为研究对象,建立结构振动特性分析模型,利用人工虚拟弹簧技术模拟结构边界条件及耦合效应,并通过调整弹簧刚度系数模拟任意边界条件及耦合条件。考虑板结构弯曲、面内振动及耦合边界处的耦合效应,采用谱几何法(Spectro-Geometric Method,SGM)对弯曲振动位移和面内振动位移函数进行描述,可以克服传统傅里叶级数在整个求解区域内周期展开时在边界上存在的不连续或者跳跃现象。应用Hamliton原理从能量的角度推导获得表征耦合板振动特性的离散动力学方程,求解得到耦合板结构的自由振动特性。通过不同数值算例,并与有限元法计算结果进行对比,验证了文中方法的正确性。     

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型EI北大核心CSCD

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。     

中厚矩形板的振动功率流特性分析

考虑板的横向剪切变形和转动惯量的影响,采用改进Fourier级数的方法对任意弹性边界条件下的中厚矩形板进行振动功率流分析。将板的横向振动位移和转角表示为标准的二维Fourier余弦级数和辅助级数的线性组合。通过辅助级数的引入,解决了位移函数和转角函数的导数在边界不连续的问题,从而使此法适用于任意的弹性边界条件。结合Hamilton原理和Mindlin理论建立求解方程,得到中厚矩形板振动方程的矩阵表达式。最后进行了数值仿真,得到了正弦点力作用下中厚板的功率流场图。     

黏弹性复合材料阻尼板的振动特性

为深入探索黏弹性复合材料阻尼板的振动特性,基于复合材料力学理论、一阶剪切变形理论、分段位移模型以及哈密尔顿原理,推导了黏弹性复合材料阻尼板结构复数形式的振动微分方程。采用纳维法得到满足位移边界条件的理论解,通过有限元建模仿真对理论解进行验证。基于验证过的理论模型,进一步从理论上探索了黏弹性复合材料阻尼板振动特性随结构参数的变化规律。     

L型耦合板模型振动响应统计方差分析

为探究统计能量分析法的有效性,以L型耦合板结构为研究对象,建立功率流平衡方程,计算扰动情况下耦合板的振动平均响应,对系统的振动响应结果进行统计方差分析.结果表明:频率(模态重叠因子)的升高导致振动响应平均值的方差逐渐减小,其95％置信区间覆盖范围逐渐趋于零;对于振动响应的表达方式,低频段应使用平均值及95％置信区间的形...     

Galerkin法求解弹性边界条件下圆板的流-固耦合振动特性

用干圆板振型作为基函数将圆板位移展开为级数形式,采用速度势函数描述流体运动,研究了弹性边界条件下圆板的流-固耦合振动特性。根据圆板的平衡微分方程和流-固耦合界面的速度连续条件,结合Galerkin法和Fourier-Bessel级数展开法,建立了系统的控制方程。求解了流体中圆板的固有振动特性,并将计算结果与数值仿真结果进行对比,验证了方法的正确性。通过改变弹簧刚度,分析了几种常见边界条件下圆板的振动特性,结果表明,自由和导向边界圆板的振型受流体的影响较小。研究了流体深度对圆板振动特性的影响,结果表明,当深度大于1.5倍圆板半径时,流体深度的改变对于圆板自由振动的影响可以忽略。     

复合材料加筋结构的流固耦合振动及动力响应分析

本文通过引用阻尼单元刚度阵法,并用结构有限元与流体边界元相结合的方法对复合材料结构的流固耦合振动及动力响应问题进行研究,较好地反映了复合材料结构动力响应特征。采用修正的RITZ向量法和Newmark直接积分法求解振动及动力响应问题,避免了质量阵因附连水质量阵不对称而引起的求解困难。作为数值分析例子,文中分别计算了船体悬臂板与加筋板结构的自由振动与动力响应问题,并对一复合材料舱段进行了水下爆炸当量载荷的振动与响应计算。     

梁板耦合建模中连接负载对系统功率流特性影响研究

为了能够更准确预报梁、板耦合系统的功率流特性,在功率流模型解耦过程中引入梁、板连接负载,分析了输入梁、板的功率流,与有限元的分析结果对比,验证了含有连接负载的耦合模型的正确性,从而表明功率流的耦合建模中需要引入连接负载。通过改变结构参数、边界刚度,研究了忽略耦合模型连接负载引起功率流特性分析的误差规律,数值仿真结果表明:随着梁板长度比增大,结构边界刚度的减小,忽略连接负载造成的功率流分析结果误差增大,此时在梁板耦合建模中必须考虑连接负载;梁与板厚度接近时,考虑与不考虑连接负载的仿真数值相近,为了方便计算,可以在建模中忽略连接负载。     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。     

热环境下弹性边界约束FGM圆环板面内振动特性分析

采用一种改进傅立叶级数方法建立了热环境下弹性边界约束FGM圆环薄板面内振动特性分析模型。基于平面弹性理论应力-应变关系推导了热环境下FGM圆环板面内振动能量原理方程,其中,弹性边界条件通过边界弹簧沿边界分布进行模拟,任意边界条件可以相应设置刚度系数获得。为了改善面内耦合位移场函数在径向边界处连续微分特性,圆环板面内位移径向分量构造为标准傅里叶级数与边界光滑多项式的叠加形式。结合RayleighRitz步骤,热环境下弹性边界约束FGM圆环板结构模态信息可以通过求解一个标准特征值问题而全部得到。随后,通过给出相关数值算例对所建立模型进行了验证,并分析了复杂边界约束情况下圆环板结构面内振动特性的影响。在此基础上,继续探讨并研究了热环境条件、功能梯度材料指数、弹性边界约束刚度等重要参数对FGM圆环薄板面内振动特性的影响规律,为人们全面理解此类复杂结构动力学特性提供了有效的模型基础和分析手段。     

混合弹性边界下板类结构的动力学分析方法

板结构与其他构件的装配关系可用不同的边界条件进行模拟,然而针对不同边界条件的板结构进行动力学特性分析,目前缺乏统一的数学建模方法。以混合弹性边界条件下加筋、开孔的板类结构的横向振动为例,利用Rayleigh-Ritz法和模态叠加法求解矩形加筋多孔板在简谐激励下的动力学响应问题。采用将开孔板与加强筋沿交界面进行分离,结合改进的傅里叶级数设定开孔板的横向振动位移函数,利用不同刚度弹簧模拟混合弹性边界,推导加筋矩形开多孔板和边界弹簧系统的动能与势能,求解其在简谐激励下的动力学响应。经对比,理论计算结果与有限元（Finite Element Method,FEM）结果吻合良好。此外,用同样的方法分析不同孔尺寸对结构固有频率和响应的影响。研究发现,可通过改变加筋板的开孔形状、尺寸对结构的振动特性进行调整。研究成果可为混合弹性边界板结构动力分析提供一种新的技术途径,可以简化加筋开孔板结构动力分析的步骤。     

轴向力影响下大阻尼梁高频能量流响应解析模型

针对轴向力作用下大阻尼梁的高频振动问题,基于能量流分析方法构建高频动响应解析预报模型。推导梁结构的能量传递方程和能量损失方程,结合功率平衡方程构建轴向力影响下大阻尼梁的能量密度控制方程。以简支梁为典型算例,分析结构的能量密度响应,研究轴向力和结构阻尼损耗因子对高频能量流响应的影响。数值结果表明：提出的能量流响应解析模型渐进一致逼近基于波动分析法的经典模型解,可以准确预示轴向力作用下大阻尼梁的高频弯曲振动响应。随着梁结构轴向载荷和阻尼损耗因子的增加,能量密度自激励点向两端约束边界衰减速度提高。但是,梁结构的弯曲振动总能量随轴向载荷单调增加,而随阻尼损耗因子单调减小。     

中低频激励下耦合板架振动能量分布与传递特性分析

为了探究中低频振动传递机理,基于有限元结合二维平板的功率流理论,分析工程中常见的耦合板架在中低频激励下的振动能量分布与传递特性。通过自编程序对有限元计算结果进行后处理,分析不同频率下不同振动波形的振动能量分布特征,并使用双加速度传感器进行耦合板架的功率流测量,实验结果与仿真计算结果吻合度较好;在此基础上分析激励力、阻尼比、不同板厚、约束方式对耦合板架振动能量传递的影响,结果表明:选取机械设备的合适安装位置与形式、对结构附加阻尼材料、根据激励力所在频段合理确定敷设位置、增大中间传递板的板厚使振动能量传递曲线往高频偏移等手段有助于减小结构的功率流。     

基于微分求积法的轴向流作用下二维板复杂响应研究

研究轴向流作用下两端简支二维板线性稳定性及非线性复杂响应。用微分求积法对流场方程及二维板连续型运动方程统一离散,通过流固耦合边界条件将流场势函数用板的横向振动位移变量表示,获得二维板横向振动位移变量控制方程。通过特征值分析获得复频率及临界流速随流道高度变化。通过对壁板非线性动力响应数值模拟,采用分岔、相平面及庞加莱截面图等揭示壁板将发生的周期运动、拟周期、混沌等多种运动形式表明,壁板由周期倍化分岔或拟周期运动通向混沌。     

参数激励下深海立管多模态耦合振动特性分析

由于浮体升沉运动影响,引起立管在水平方向上发生参数激励振动。参激振动可以引起平衡位置的不稳定性,如果系统参数组合落在不稳定区域,将导致立管振动破坏。针对简谐参数激励,建立立管横向振动方程,考虑立管内部张力沿轴线变化,立管固有频率和振型发生变化,参激振动出现模态耦合效应。采用Floquet理论分析了立管无阻尼和有阻尼时的参激稳定性,计算了临界参数激励下的动力响应。与单模态参激振动对比表明,同等阻尼下,模态耦合参激振动不稳定区域显著增大,更易发生参激共振。多模态耦合参激振动发生时,小激励也能激起大响应,特别是弯曲应力将显著增大。     

柔性约束边界对板抗爆动力响应的影响分析

约束边界的形式和刚度的差异会直接影响结构在爆炸荷载作用下的动力响应及其承载能力,现有防护结构的计算理论未能考虑柔性边界的影响,已不再适用,因此有必要建立考虑边界效应的结构抗爆计算方法。该文建立了具有周边分布柔性约束板的计算模型,推导出结构的振型函数,并计算分析了竖向弹性与阻尼约束、抗弯约束和荷载作用时间对结构位移和内力的影响。计算表明:竖向弹性与阻尼约束使板的整体位移增加,由此引起的附加惯性力会消耗部分能量,从而降低了结构的挠曲变形(相对位移)和弯矩值;周边的抗弯约束能限制结构的转动,也有效降低板的最大位移值,因此可通过调节周边柔性约束的形式和刚度提高结构的抗爆潜力。荷载作用时间主要通过参数影响结构的响应,较小时,随着的增加,弯矩值显著增大。     

功能梯度板的振动功率流特性分析

根据功能梯度复合材料矩形板的基本动力方程,基于模态叠加法求出简谐激励载荷作用下功能梯度板横向振动位移,结合结构振动功率流方程,研究功能梯度材料矩形板的振动及输入和传播功率流特性。算例中,首先计算功能梯度板固有频率,并与数值解进行对比分析,验证了算法的准确性。然后研究了功能梯度板输入功率流特性,讨论了不同梯度指数对输入功率流特性的影响。并通过可视化方法计算得到了功率流在板中的传播特性,通过功率流矢量图和流线图描述了功能梯度板。     

耦合板结构随机能量有限元分析

基于单频激励下导出的板的能量流分析方程,将其应用推广到板受随机激励的情形,提出了宽带随机激励下板的响应能量及功率流的计算公式。对考虑弯曲和纵波场耦合的板结构给出了计算能量有限元耦合矩阵的一般方法。用能量有限元法对受到两个不相关宽带白噪声激励力作用的L型板的能量响应和功率流进行了计算,结果反映了各波场的能量在空间上的分布和它们在各波场内的流动特性,其中弯曲波场的功率流显示出相向功率流发生汇集和改变流向的特点。对该耦合结构的响应用统计能量分析法进行了求解,其结果与能量有限元法计算结果间较好的一致性验证了随机激励下板的能量有限元分析应用的正确性。     

深海立管顺流与横流耦合涡激振动中的内流效应分析EI北大核心CSCD

深海立管因长径比大幅增加导致柔性增强、内流效应凸显,其在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应尚未得到很好理解。采用半经验时域涡激振动水动力模型,建立深海立管在均匀洋流下的横向和纵向耦合振动方程,并利用有限元法求解,探究不同内流速度、内流密度和洋流下立管在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应。研究发现,当洋流速度和内流密度一定时:①内流效应可使系统固有频率降低,因此随着内流速度增加,顺流和横流涡激主导频率可能脱离激励区,主导模态转移到高阶,同时主导频率发生阶跃增加;②立管横向位移均方根最大值是增加还是减少取决于横向涡激主导频率是接近还是远离涡脱频率;③当横流向涡激振动主导模态不变时,由于内流效应可以降低系统刚度,顺流向的静态位移随着内流速度的增加而逐步增加,当横流向主导模态转移至高阶时,顺流向的拖曳力系数会发生突然减少导致静态位移呈现阶跃性下降;④内流效应对顺流向振动有着不可忽略的影响。立管顺流向振动响应是内流效应、拖曳力(受横流向涡激响应影响)和顺流向涡激流体力联合作用的结果。