动载状态下冰层振动分析及数值算法研究

从冰粘弹性振动微分方程出发,给出了求解冰层粘弹性振动微分方程的边界条件;基于偏微分方程有限元数值求解的基本理论,结合Bubnov-Galerkin方法,推导出冰粘弹性振动偏微分方程的数值解.通过实例计算,给出冰层在振动载荷作用下的扰动特性.     

两级齿轮减速器非线性振动特性研究

为研究齿轮减速器中齿隙等非线性因素对系统振动特性的影响,建立了包含多齿隙的两级直齿轮减速器的8自由度非线性动力学模型.以一个两级齿轮减速器为例,利用数值方法对建立的非线性微分方程进行了求解,获得了不同参数条件下齿轮副及支撑轴振动响应中的吸引子共存现象,包括简谐与次谐吸引子共存、拟周期与简谐和次谐吸引子共存、简谐与次谐和非简谐吸引子共存、非简谐与混沌吸引子共存、混沌吸引子共存等,并分析了齿轮副的工作状态.结果表明,齿隙等非线性因素使系统的振动具有了丰富的非线性特性,且对齿轮副分离和冲击有很大影响.     

埋置于饱和地基中刚性基础的竖向振动

基于Biot动力控制方程,运用Hankel积分变换研究了竖向简谐荷载作用下埋置于饱和地基中有质量的刚性圆柱基础的竖向振动问题.假设基础侧面的土体为由若干圆形极薄层组成的独立饱和层;基底以下的土为饱和半空间.结合基础与地基接触面的混合边值条件,通过数值计算求解了相应的动力响应问题,并给出了饱和地基中埋置刚性圆柱基础的竖向振动振幅的表达式.数值分析结果表明,随着基础的埋深比或固液两相黏性耦合参数的增加,基础的振动振幅减小而共振频率增加;增加基础质量比,基础的共振振幅变大而共振频率减小.     

弹性体的球对称振动分析

考虑弹性体在不计体力、在球坐标系下,由弹性动力学基本方程,根据动态响应振型可以叠加的特点将其在简谐荷载作用下的动态响应分解为由自由振动引起的瞬态响应和由简谐荷载引起的稳态响应,自由振动解和简谐荷载作用解均满足贝塞尔（Bessel）方程,通过贝塞尔方程的求解,然后将自由振动解和简谐荷载作用解叠加,得出弹性动力学问题的位移、应力、应变物理量的解析解。     

移动荷载下复合路面的数值分析

应用有限元数值计算方法,分析了复合路面在移动荷载下的动力响应问题.针对多层结构体系,建立了相应的有限元实体模型,并进行了动力响应分析.分别讨论了复合路面在不同车速的作用下的位移和应力变化.计算结果表明,车辆速度对路面的结构力学响应有较大影响,在路面设计和疲劳寿命设计中需要充分考虑振动和冲击载荷的影响. 更多还原     

具有正交各向异性涂层的矩形板动力学问题解析解

针对涂层结构数值模拟计算中关心的问题 ,研究了上下表面覆盖正交各向异性涂层的简支矩形板的自由振动及其在横向载荷作用下的强迫振动的三维解析解。基于正交各向异性涂层及各向同性板的本构方程,在不计体力的情况下给出了涂层板的弹性动力学方程。然后基于满足上下表面边界条件及涂层界面协调条件的位移函数,将涂层板的弹性动力学方程简化为一组常微分方程组,并给出了幂级数方法求解该微分方程组的方法。最后以涂层方板为例,分别用本方法和有限元法计算了该涂层板的固有频率、涂层表面压力作用下的静态响应、涂层表面简谐压力作用下的动态位移     

线性磁致伸缩作动器振动问题的数值分析

对Terfenol-D杆的周期振动问题进行了数值分析.采用有限元和传递矩阵相结合的数值方法,求解了Ter-fenol-D杆由交变电流激励引起的周期振动问题.基于磁致伸缩线性本构关系和Harmilton变分原理导出有限元方程,并且在传递矩阵的计算中应用了矩阵指数的Padé近似.计算结果表明位移响应是周期的,并与电流变化同步.还分析了材料的线性磁致伸缩系数及电流峰值和频率对输出位移的影响.所得数值结果与文献中的实验结果吻合较好,验证了该数值方法的正确性.     

井下工具系统固液耦合动力特性研究

用有限元法推导了普通井下生产管柱的固液耦合振动方程,计算出管柱的固有频率,并与数值计算方法进行对比．对井下管柱系统进行有限元谐响应分析,根据实测的潜油电泵振动数据,结合谐响应激励载荷,进行动力学分析,计算出管柱稳定工作时的动载荷频率范围．结果表明,额定功率下潜油泵的振动以及原油的流动速度均不会对井下工具系统产生明显的振动影响．     

四缸柴油机机体NVH性能改进

为降低发动机辐射噪声,采用数值计算方法对某四缸柴油机机体的振动声学性能进行分析与改进设计.以有限元理论为指导,划分发动机有限元模型,建立整机的多体动力学模型以及声学模型.通过多体动力学和流体力学计算发动机动力学载荷,通过结构动力学计算机体的振动响应,通过声学计算预测机体的表面辐射噪声,并实验验证计算结果.根据计算得到的机体振动与声学特性,确定影响机体（NVH）性能的关键频率,有针对性的对机体进行低噪声优化设计.在改进模型的基础上重新建立发动机多体动力学模型,计算改进后机体的振动与声学性能.结果表明,通过优化设计,机体的辐射声功率级降低0.9 dBA.     

斜向荷载作用下岩质地基基础应力分布

针对含有斜向支撑或斜向传力构件的岩土体支护结构嵌岩基础存在力学机理不明晰的问题,采用斜向荷载作用下岩质地基基础模型试验与三维有限元模型的分析方法,得到了斜向荷载作用下岩质地基基础应力分布规律和基础破坏模式。通过引入Goodman层状岩体内应力求解中的等效各向同性介质理论对基础压应力核心体边界进行了求解;在Southwell基本方程基础上通过Hankel积分变换对压应力核心体边界计算中的主要参数kn与ks的理论算法进行了推导。本文通过对比理论计算与三维有限元分析结论,验证了基于等效各向同性介质理论提出的基础压应力核心体边界和参数kn与ks的理论计算方法,得到了斜向荷载作用下岩质地基基础应力分布的特点及其应力边界求解方法,为岩质地基基础的内应力后续研究与设计提供了理论依据。     

纵向剪切波作用下长型地下结构与Pasternak地基相互作用研究

为了研究在剪切波沿地下长型结构纵向传播情况下,惯性力对于结构与地基动力相互作用的影响,采用Pasternak地基模型,分别建立长型地下结构静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程.通过振型叠加法将偏微分方程简化为常微分方程,利用微分算子法分别求得静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程的解析解.通过算例计算,考虑地基土硬度对于地基基床系数k0、剪切波速vs、泊松比υ、地基土剪切模量G0的影响,比较并分析静力平衡方程解与强迫振动方程解的差别,得出当地基土硬度较大的情况下惯性力影响较小的结论.     

Vertical dynamic response characteristics of single pile in non-homogeneous soil layers

A computational method and a mechanical model for evaluating the vertical dynamic harmonic response characteristics of a single pile embedded in non-homogeneous soil layers and subjected to harmonic loadings were established based on a certain assumption and the improved dynamic model of beam-on-Winkler foundation by using the principle of soil dynamics and structure dynamics. Both non-homogeneity of soil strata and softening effect of soil layer around the pile during vibration were simultaneously taken into account in the proposed computational model. It is shown through the comparative study on a numerical example that the numerical results of dynamic response of the single pile computed by the proposed method are relatively rational and can well agree with the numerical results computed from the well-known software of finite element method. Finally the parametric studies were conducted for a varied range of main parameters to discuss the effects of relevant factors on dynamic responses of the single pile embedded in non-homogeneous layered soils excited by harmonic loading with different frequencies.     

水下复杂壳体的声学相似性研究

采用有限元和球函数相结合的方法,建立水下复杂壳体——两端带半球壳的弹性圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射方程,运用方程分析法,导出水下复杂壳体的振动、耦合振动和声辐射的相似关系,根据建立的相似关系实现对壳体的振动响应和声辐射的预报．运用大型有限元软件ANSYS对具有相似关系的模型和原型的振动响应和声场进行数值分析,算例表明,该方法切实可行并且为预报水下大型复杂结构体的振动响应和耦合声场提供了一种简洁、实用的研究方法．     

三明治夹芯基座阻抗阻尼隔振特性分析

利用复合材料良好的阻尼特性和结构可设计性,将目前的刚性基座替换为三明治夹芯基座,分析了基座阻抗和阻尼对隔振效果的影响;设计了直骨架和曲骨架2种夹芯基座结构形式,对支撑骨架厚度和曲率半径等结构参数对基座力学性能的影响进行了分析,并采用DMTA方法对高阻尼的聚氨酯芯材的损耗因子进行了测量;通过试验和有限元方法对2种结构形式的三明治夹芯基座静刚度特性进行了比较;采用激振器和偏心电机2种激振方式对夹芯基座进行了隔振特性试验研究,以功率流为隔振效果评估指标,分析了不同激振方案下2种夹芯基座的隔振效果.结果表明:通过对三明治夹芯基座的阻抗阻尼设计,能够有效地衰减高频驻波,具有较好的隔振效果.     

弹体水中自振特性的有限元分析

鱼雷及潜射导弹在水中的自振特性直接影响它们的水弹道,而其自振特性不仅受流体动压力的影响,还受不同水深下的静水压力的影响。为研究类似结构在水中的动态特性,将结构及其周围有限域内的流体组成一个耦合系统,依据流体力学、结构动力学及变分原理推导了结构-流体耦合系统的动力学方程,进而给出了考虑介质影响的结构动力特性的数值方法。建立了液体浸没弹体的有限元模型,利用非对称法分析了弹体结构的静水模态。结果显示静水模态的固有频率比干模态有较大下降,振型类似;用考虑初应力刚度的有限元方法计算了不同水深对导弹自振特性的影响,所得结果和方法可供流固耦合方面的研究参考。     

波动有限元问题的求解策略

对用有限元法模拟实际地基波动的求解策略进行了探讨;建立了地基波动的有限元分析模型;利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对实际地基在瞬态激励下的地面振动进行了分析、计算,并与实测数据进行了对比,吻合较好     

单自由度简谐振动机械弹性支承刚度和激振力的设计

采用传递函数法求解单自由度简谐振动机械的动力学方程,得到振动体位移与激振力的关系,通过激振力频率和振动体质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及隔振系数与频率比关系的分析,提出了该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在振动体重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出了弹性支承刚度的设计依据和激振力幅值的计算公式,为单自由度简谐振动机械的设计提供了系统的理论和方法,并通过算例进一步阐述了该设计方法的应用.     

叠层CSP封装的振动模糊可靠性分析

由于叠层CSP封装的复杂性,其振动特性很难用精确的理论模型表示。同时,由于传统的共振准则没有考虑到系统的变异性和模糊性,导致分析结果与真值具有较大偏差。该文利用有限元法方法建立叠层CSP封装振动分析模型,并求解其振动特性;在此基础上充分考虑系统的模糊性,对振动可靠性模型进行模糊处理,利用模糊理论建立其振动模糊可靠性理论模型。通过算例验证了振动模糊可靠性理论模型的有效性和可行性。     

基于FEM的数控弧齿铣齿机立柱结构静、动态设计

借助有限元分析软件,运用结构动态设计原理和基于有限元法的变量化分析技术对数控弧齿铣齿机立柱部件进行动、静态特性分析,并以立柱结构的侧板宽度为几何参数进行灵敏度分析,找出原设计中的不足,并在结构及尺寸上加以改进．结果表明,改进后立柱的动、静态性能得到显著的提高,为机床设计和改造提供了依据．