一类非线性jerk方程的改进两变量展开法

应用改进的两变量展开法求解非线性含有三次非线性项的三阶微分方程的近似频率和近似解析周期解。该方法结合了Lindstedt-Poincare方法与两变量展开法不仅可以适用于弱非线性振动问题的求解而且还可以适用于强非线性振动问题的求解。文中以一个不含速度线性项的非线性jerk方程作为例子分析并得到二阶近似周期和二阶近似解析周期解,与数值方法给出的“精确”周期解比较,二阶近似解析周期解比一阶近似解析周期解要精确得多。结果表明,改进的两变量展开法能够适用于求解非线性jerk方程。而且在jerk方程不含速度线性项时该方法仍然有效。     

一个非线性奇异振子的谐波平衡解

应用谐波平衡法计算了一个恢复力与因变量成反比的非线性振子的近似频率和近似周期解。与Mickens的方法不同,直接求解了非线性奇异二阶微分方程。一阶和二阶谐波解所对应的非线性恢复力的傅立叶级数展开式的系数容易由相应的积分得到。由二阶谐波平衡法得到的非线性代数方程组很容易用符号运算软件求出。得到的一近似频率与精确频率的百分比误差是12.8%,而二阶近似频率与精确频率的百分比误差小于1.28%。与数值方法给出的“精确”周期解比较,二阶近似解析解要比一阶近似解析解精确得多。高阶谐波平衡法一般需要求解复杂的非线性代数方程组,但是借助于Matlab和Mathematica等符号运算软件,这一困难可以得到一定程度的克服.     

《振动与冲击》杂志2005年总目次

第1期大运动柔性梁非线性动力响应分析………………………………………………………………吴国荣钟伟芳李美之梁以德(1)不同拉压特性结构振动分析的双线性近似方法………………………………………赵荣国徐友钜陈忠富胡绍全黄西成(4)某远程多管火箭振动特性研究……………………     

杆系结构自由振动精确求解的理论和算法

杆系结构的自由振动特性对结构的抗震设计至关重要。与常规有限元方法采用近似形函数将原问题化为线性特征值问题不同,本文的精确方法从杆件精确的形函数出发获得精确的动力刚度,将原问题化为非线性特征值问题。已有的Wittrick-Willliams算法很好地解决了该问题的频率求解。在此基础上,进一步提出了求解该非线性问题的导护型Newton法格式,并优化了各个算法环节。该法能同时求出频率和振型,求解结果精确可靠且具有二阶收敛速度,是一种快速精确、可靠实用的工程计算方法。     

多稳态压电振动能量采集器的动力学模型及其特性分析

提出了一种双线性弹性元件耦合的多稳态压电振动能量采集器,利用线性弹性元件的大变形引起采集器结构几何构型的变化,使采集器产生单稳态、双稳态和三稳态等非线性振动特性,达到提高能量采集器输出性能的目的。建立了双线性弹性元件耦合压电振动能量采集器的非线性恢复力模型,基于该模型,利用Rayleigh-Ritz模态分析法和能量守恒原理建立了能量采集器的集总参数机电耦合动力学模型,通过对动力学模型无量纲化处理后,仿真分析了系统参数对能量采集器的静力学特性(如非线性恢复力、势能、静态平衡点及其分岔)和动力学特性(振动位移、速度、相图、采集电压等)的影响。有限元计算结果验证了该仿真分析结果的正确性。研究结果表明:系统参数α=β≠0时能量采集器表现出光滑连续的单稳态、双稳态和三稳态等动力学特性,其中双稳态和三稳态振动时的能量采集输出功率比线性能量采集器高。     

结构自由振动问题有限元新型超收敛算法研究

该文以杆件轴向自由振动问题为例提出一个结构自由振动问题的新型超收敛计算方法。该法基于有限元解答中频率和振型结点位移的超收敛特性,建立了单元上振型近似满足的线性常微分方程边值问题,对该线性边值问题采用更高次数的多项式进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,获得结构频率的超收敛解。该法简单、直接,通过很少量的计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示,该法高效、可靠,是一个颇具潜力的新方法。     

基于余量谐波平衡法的质点振动系统高阶近似与频率响应分析

基于谐波平衡方法,构建了用于研究旋转抛物线上的质点运动系统的余量谐波平衡解程序。获得了系统高阶解析近似振动频率及稳态响应。研究了系统稳态下的振动频率随系统非线性项系数、初始振幅、线性刚度系数的变化趋势,给出了初始振幅、非线性项系数对系统振动频率响应的影响。研究结果表明,给出的2-阶余量谐波平衡近似比已有的方法结果更加精确,其相对误差大大降低,系统稳态下的振动频率随非线性项系数、初始振幅的增大而减少,随线性刚度系数的增大而增大。     

含有三次非线性的粘性阻尼双线性迟滞振动系统的响应计算

研究了一类无记忆恢复力中含有位移三次非线性的粘性阻尼双线性迟滞振动系统的响应计算问题，提出了一种Fourier级数展开法与系统处于特殊点时的运动方程相结合的近似解法，该方法可靠、编程简单，具有较好的工程实用性。     

非线性包装系统自由振动特性的对称性解法

目的基于Lie积分法精确解析求解包装系统的非线性自由振动响应。方法考虑到弹簧恢复力三次多项式形式的非线性关系,依据分析力学准则建立系统单自由度含阻尼动力学模型;首次运用微分方程Lie群变换理论求解系统的对称性和2个首次积分,证明在结构设计参数满足一定关系时,包装系统自由振动的精确解是一类椭圆积分函数。结果实际算例仿真计算表明,系统的自共振频率随着初始振幅条件的增大而增大,非线性系数项使得位移响应振幅的衰减变快。结论从推演过程可看出,将Lie对称性理论应用到包装系统非线性动力学特性研究中,系统的非线性系数以及阻尼系数无需满足小参数假设,因此适用范围更广。     

基于强几何非线性因素的覆冰导线舞动问题研究

分析了覆冰导线前三阶模态中在不同水平张力下各非线性刚度项系数与线性刚度项系数的比,通过讨论水平张力,线性恢复力、非线性恢复力与振动幅值之间的关系,确定了影响覆冰导线系统几何非线性强弱的主要因素。在此基础上,应用待定固有频率法计算了系统的稳态幅值和振动频率。数值模拟表明：各模态幅值均随风速增大而增大,且当受到强几何非线性因素的影响时,各阶模态的振动频率将远离初始频率,此时传统规范形理论的分析结果难以满足模型分析的精度要求,而本文研究结果则可以对模型的振动特性有比较准确地把握。     

干摩擦振动系统响应计算方法研究

运用Ｆｏｕｒｉｅｒ级数分析技巧和谐波平衡法，提出了一种三次非线性粘性阻尼双线性滞迟振子强迫振动响应计算方法，并通过四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ数值积分对近似解析方法的精确性进行了验证。根据Ｆｌｏｑｕｅｔ理论，对定常解的稳定性和鞍结分叉现象进行了讨论。     

Analysis of large amplitude free vibrations of unsymmetrically laminated composite beams on a nonlinear elastic foundation

The large amplitude free vibration of an unsymmetrically laminated composite beam (LCB) on a nonlinear elastic foundation subjected to axial load has been studied. The equation of motion for the axial and transverse deformations of a geometrically nonlinear LCB is derived. Using the Ritz method, the governing equation is reduced to a time-dependent Duffing equation with quadratic and cubic nonlinearities. The homotopy analysis method (HAM) is used to obtain exact expressions for the dynamic response of the LCB. This study shows that the third-order approximation of the HAM leads to highly accurate solutions that are valid for a wide range of vibration amplitudes. The effects of different parameters on the ratio of nonlinear to linear natural frequency of beams and the post-buckling load-deflection relationship are studied.     

含有三次非线性的粘性阻尼双线性滞迟隔振系统

本文运用非线性振动理论中的谐波平衡方法及傅立叶级数分析技巧,深入研究了一类含有三次非线性的粘性阻尼双线性滞迟隔振系统,重点考察了三次非线性对隔振性能的影响,为钢丝绳、钢丝网、金属橡胶等非线性干摩擦减振器在工程上的应用提供了重要的理论基础.     

干摩擦隔振系统稳态周期响应最优化计算方法

本文通过双折线泛函本构关系Foueier级数展开技巧及一次谐波平衡法与非线性方程组最优化解法相结合 ,提出了两自由度激振质量含有立方非线性粘性阻尼双线性滞迟振动系统简谐激励下稳态周期响应的迭代计算方法 ,数值分析结果表明该方法具有很高的计算精度 ,具有一定的工程应用价值     

双模量复合材料层板的大挠度分析

本文用动力松弛法(DRM)分析了双模量复合材料层板的大挠度弯曲问题。文中介绍了求解该问题的主要公式和步骤;对轻度双模量材料及高度双模量材料的两层正交铺层矩形板在正弦载荷和均匀载荷作用下的挠度和内力进行了数值计算,并把其结果与小挠度结果及单模量结果做了比较,讨论了大挠度分析的必要性及模量性质对大挠度分析的影响。      

Deflection of thick beams of multimodular materials

A transfer-matrix analysis is presented for determining the static behaviour of thick beams of ‘multimodular materials’ (i.e. materials which have different elastic behaviour in tension and compression, with nonlinear stress–strain curves approximated as piecewise linear, with four or more segments). To validate the transfer-matrix method results, a closed-form solution is also presented for cases in which the neutral-surface location is constant along the beam axis. Numerical results for axial displacement, transverse deflection, bending slope, bending moment, transverse shear, axial force and location of neutral surface are presented for multimodular and bimodular models of unidirectional aramid cordrubber. The transfer-matrix method results agree very well with the closed-form solutions.     

含三次非线性位移的粘性阻尼干摩擦隔振系统振动特性的实验研究

在分析库仑摩擦阻尼双线性滞迟模型的基础上，通过试验建模和参数辨识，得到了无记忆恢复力亦为非线性力的动力学模型。金属橡胶粘性阻尼隔振系统对正弦基础激振的响应计算表明：在相对位移振幅ym较大的情况下，必须考虑无记忆恢复力中位移三次非线性的影响；而在ym较小时，位移三次非线性的影响可以忽略不计。金属橡胶粘性阻尼隔振系统的振动试验表明：粘性阻尼隔振系统的一阶共振频率随激励的逐渐增强而逐渐减小并趋于稳定；其一阶共振放大比随激励的增强先减小后增大，但变化的幅度不大，在激励较小时表现出明显的“软化”非线性动态特性，在较大激励时仍具有较好的隔振缓冲性能，验证了试验建模的结果。研究结果表明，金属橡胶精细结构材料具有很强的阻尼耗能作用，对恶劣环境下各种仪器设备的振动保护非常有利。     

Analytical Solutions for Bending Curved Beams with Different Moduli in Tension and Compression

When materials that exhibit different mechanical behaviors in tension and compression must be analyzed, Ambartsumyan's bimodular model for isotropic materials can be adopted. It deals with the principal stress state in a point, which is particularly important in the analysis and design of structures. In this article, an equivalent section method is used to transform the bimodular curved beam into a classical one with singular modulus; consequently, the simplified solution for bending stresses may be easily determined only by changing a few parameters relating to section characteristics. For the determination of the unknown neutral layer, a perturbation method is used to obtain the explicit expression. Based on the known neutral layer, a stress function method is used to obtain the elasticity solution for stresses and displacements via boundary conditions and continuity conditions. Based on the elasticity solution, an initial stresses problem in a bimodular multiply-connected body is considered. The comparison between two solutions shows that the simplified solution agrees very well with the elasticity one. Moreover, the inclusion of shear stress and the application of the equivalent section method in reinforced-concrete curved beams are also discussed. The results indicate that the bimodularity of materials has definite influences on the bending behavior of a bimodular curved beam.