纵向与横向振动耦合作用下轴向运动梁的非线性振动研究

利用增量谐波平衡法(IHB法)研究轴向运动梁在纵向与横向振动耦合作用下的非线性振动,尤其是在横向第1,2固有频率之比1/2接近1：3情况下的内部共振。首先利用哈密顿原理建立非惯性参考系下轴向运动梁的振动微分方程,采用分离变量法分离时间变量和空间变量并利用Galerkin方法离散运动方程。再利用IHB法进行非线性振动的分析。典型算例获得了纵向振动与横向振动耦合时非线性振动复杂的频幅响应曲线,探讨了耦合情况下对系统振动的影响,揭示了很多复杂而有趣的非线性现象。     

轴向运动黏弹性梁横向非线性受迫振动

运用微分求积法数值研究不同边界条件下轴向运动黏弹性梁受到简谐外激励的横向受迫     

外激励力作用下的轴向运动梁非线性振动的联合共振

研究轴向运动梁在外激励力作用下非线性振动的联合共振问题.利用哈密顿原理建立横向振动的轴向运动梁的振动微分方程,采用分离变量法分离时间变量和空间变量并利用Galerkin方法离散运动方程.采用IHB法进行非线性振动求解,分析在内共振条件且外激励作用下的联合共振问题,对周期解进行稳定性的判定.典型算例获得了不同外激励力振幅时系统非线性振动的复杂频幅响应曲线.     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

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。     

混杂边界轴向运动Timoshenko梁固有频率数值解

运用微分求积方法求解两端带有扭转弹簧且弹簧系数均可任意变化的非对称下的轴向运动Timoshenko梁的固有频率。以权系数修改法处理轴向运动Timoshenko梁的混杂边界。研究系统的前两阶固有频率随轴向速度、刚度系数以及弹簧弹性系数变化的情况,并将数值计算结果与半解析半数值的研究结果进行比较,结果表明,数值计算结果与半解析半数值结果基本吻合。     

轴向运动变长度悬臂梁的振动控制

研究具有轴向运动速度、变长度悬臂梁的横向振动控制,提出了两种主动控制方案.采用Hamilton原理得到了端部带主动振子或跨内含有主动控制力的轴向运动悬臂梁的振动方程和边界条件.运用修正的伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程.运用LQR法设计了主动振子和主动力的控制器,其中采用加权系数法选择Q,R矩阵.用数值计算仿真了两种控制方案的效果.结果表明采用主动振子或主动力都能够有效地控制轴向运动悬臂梁的横向振动.在相同的初始条件下,主动力控制的效果比主动振子要好,但主动振子的物理可实现性要优于主动力.     

轴向高速运动梁的热冲击动力学响应及控制

研究了轴向高速运动、两端自由梁的热冲击下横向振动响应及控制,采用Hamilton原理得到了受热冲击和控制力的轴向运动高速梁的横向振动方程和边界条件.运用修正的伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程.数值仿真给出了速度2马赫时,系统的二阶模型在热冲击下的响应,发现响应较大.运用LQR法设计了最优控制器,其中采用加权系数法选择Q,R矩阵,比较了系统的无控制与有控制下的位移响应,结果表明控制效果良好.     

轴向运动体系横向非线性振动的联合共振

研究轴向运动体系横向非线性振动的联合共振问题。根据哈密顿原理建立梁的横向运动微分方程．采用分离变量法分离时间变量和空间变量．并利用Galerkin方法离散运动方程．进而采用多元L—P方法对具有内部共振条件下的轴向运动梁的联合共振问题进行求解。典型算例表明多元L—P法是一个适合于轴向运动体系非线性振动分析的好方法．在小振幅振动时其计算结果与增量谐波平衡法(IHB法)的结果相一致。     

平行导线间轴向运动导电梁主-内联合共振EI北大核心CSCD

研究轴向运动导电梁在平行导线产生的磁场环境中的主-内联合共振问题。基于电磁场基本理论和哈密顿原理,导出轴向运动梁在外激励和磁场共同作用下的非线性振动方程。针对一端夹支一端铰支的导电梁,采用多尺度法求解方程,得到非线性方程的近似解析解和幅频响应方程,并对稳态解的稳定性进行了分析。通过算例,得到系统前两阶幅值随频率调谐参数、外激励力、轴向速度、电流强度等参数的变化规律。结果表明:系统发生主-内联合共振时一阶和二阶响应都被激发,且存在不同的多解区域;一阶和二阶幅值的稳态解个数在几个多解区域同步变化,其个数取决于外激励力、运动速度和电流强度值。     

轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动

研究轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动的稳态响应。由广义Hamilton变分原理推导出轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向振动的控制方程及相应的边界条件。模型中考虑剪切模量、转动惯量对梁的影响。黏弹性本构关系中运用Kelvin模型并引入物质时间导数。对控制方程施用直接多尺度法,建立强受迫共振的可解性条件,得到稳态响应振幅与激励频率关系曲线。应用Routh-Hurwitz判据判断稳态响应振幅的稳定性。利用数值结果给出不同参数下,如非线性系数、激励振幅与黏弹性阻尼等对稳态幅频响应及稳定性影响。     

基于微分求积法的轴向运动板横向振动分析

研究受面内载荷轴向运动薄板横向振动的运动微分方程,采用微分求积法计算四边简支轴向运动薄板的固有频率和临界速度。分析轴向运动速度、板材料刚度及长宽比对板横向振动固有频率及临界速度的影响。结果发现,随着轴向速度增大,各阶固有频率减小;随着刚度的增大,各阶固有频率增大;当长宽比较小时,轴向运动板可以用梁模型分析。     

多源激励下冷连轧F5轧机振动问题研究

研究了热轧过程机架间运动板带动力学特征及其影响因素。基于热轧过程板带张力形成机理,考虑机架间板带张力建立了动态张力模型;同时,考虑热轧机活套辊对运动板带的支撑作用,基于Hamilton理论建立了运动板带等效运动梁模型,并基于四阶Galerkin截断法对偏微分方程进行离散化,得到系统四阶常微分方程组。仿真分析机架间板带张力、速度和活套辊支承刚度对运动板带动力学特性的影响,以及运动板带在辊系振动引发的速度摄动下振动特征和影响规律。结果表明：张力、板带速度和活套支撑辊刚度均影响板带动力学模态特征,且活套辊支撑作用可降低板带振动幅值;在热轧工艺范围内,调整板带张力和速度对运动板带的稳定性影响不大;辊系振动造成板带运动速度呈摄动特征,且摄动频率和幅值与板带振动强度关系密切。该研究对热轧过程机架间运动板带稳定性分析和活套控制设计提供参考。

     

热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动分析

基于Timoshenko梁理论研究两端夹紧、一端夹紧一端简支、两端简支三种不同边界条件下的轴向运动功能梯度材料(FGM)梁在热冲击载荷作用下的自由振动响应。利用Hamilton原理推导热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动控制微分方程,并采用分离变量法求解一维热传导方程。通过微分求积法(DQM)在梁的长度方向进行离散,将原方程转化为四阶广义特征值问题,求解FGM梁自由振动的无量纲固有频率并进行特性分析。考虑了不同热冲击载荷,不同梯度指数和不同轴向运动无量纲速度对FGM梁自振频率的影响。结果表明:热冲击载荷越大,对降低FGM梁的固有频率的效果越明显;在轴向运动速度和热流输入不改变的情况下,逐渐增大材料梯度指数会使FGM梁的固有频率随之减小;FGM梁对热冲击短时间内有减缓作用,相对于均匀材料一阶失稳所需时间更长,受到热冲击的FGM梁在轴向运动时也更快达到失稳状态。     

Instability and vibration of a vehicle moving on curved beams with different boundary conditions

The instability and vibration of a concentrated mass moving along the curved beam is investigated. In most literature, the moving mass model is approximated by the moving load model. The semi-analytical method for this moving mass problem is presented here. Comparison between the two models is made. The mechanism of instability of the vehicle separating from a curved bridge is studied. Moreover, the effects of several parameters and boundary conditions on the vibration and instability are investigated.     

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论，采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场，并采用Green应变张量描述应变能，用Hamilton原理建立系统动力学方程。揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散，基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明，旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大．从而只存在一阶临界转速，且当中心刚体半径超过临界半径时．不存在临界转速。     

移动荷载作用下弹性半空间Timoshenko梁的临界速度

根据梁的波速和半空间波速的相对关系,将Timoshenko梁-半空问系统分成四种不同情况。在梁与半空间相互作用的等效刚度和Timoshenko梁-半空间的弥散方程的基础上。利用弥散曲线，研究了移动荷载的临界速度。这四种情况分别为：软梁-硬半空间系统。次软梁-硬半空间系统，次硬梁-软半空间系统，硬梁-软半空间系统。研究表明，Timoshenko梁在移动荷载作用下的临界速度取决于梁的波速和半空间波速的相对关系；半空间的Rayleigh波波速始终是一个临界速度，当荷载速度达到Rayleigh波波速时．系统响应会趋于无穷大；对软梁-硬半空间系统，梁的剪切波速和压缩波速也是临界速度；对次软梁-硬半空间系统，梁的剪切波速是临界速度，并且还存在一个最小临界速度；对（次）硬梁-软半空间系统．粱的波速不再是临界速度。但也存在一个最小临界速度。     

变截面复合材料薄壁转轴在不同约束下的振动与稳定性

该文针对复合材料变截面薄壁旋转轴在不同约束下的振动与稳定性问题,提出了一个动力学模型。基于变分渐进法和拉格朗日方程,推导了复合材料变截面薄壁转轴的自由振动方程。在转轴的结构模型中,综合考虑了扭转、拉伸和弯曲引起的截面翘曲的影响。采用伽辽金法,分析了截面按线性或者抛物线变化的变截面旋转轴的固有频率和临界转速,其中还考虑了一端固定一端自由和一端固定一端铰支两种边界条件以及复合材料铺层角的影响。此外,通过对比分析模型的计算结果与商用有限元软件ANSYS的结果,该文所提出的分析模型的有效性在一定程度上得到了验证。     

Non-linear vibration analysis of a functionally graded Timoshenko beam under action of a moving harmonic load

In this paper, non-linear dynamic analysis of a functionally graded (FG) beam with pinned–pinned supports due to a moving harmonic load has been performed by using Timoshenko beam theory with the von-Kármán’s non-linear strain–displacement relationships. Material properties of the beam vary continuously in thickness direction according to a power-law form. The system of equations of motion is derived by using Lagrange’s equations. Trial functions denoting transverse, axial deflections and rotation of the cross-sections of the beam are expressed in polynomial forms. The constraint conditions of supports are taken into account by using Lagrange multipliers. The obtained non-linear equations of motion are solved with aid of Newmark-β method in conjunction with the direct iteration method. In this study, the effects of large deflection, material distribution, velocity of the moving load and excitation frequency on the beam displacements, bending moments and stresses have been examined in detail. Convergence and comparison studies are performed. Results indicate that the above-mentioned effects play a very important role on the dynamic responses of the beam, and it is believed that new results are presented for non-linear dynamics of FG beams under moving loads which are of interest to the scientific and engineering community in the area of FGM structures.     

运动悬索的稳态构形与自振频率分析

考虑运动悬索速度的影响,建立了运动悬索动量方程,将此方程应用于稳定运动悬索,得到了稳定运动的速度-初始角函数关系和分叉条件,分析了运动悬索可能的曲线形状,指出了可能存在的不稳定现象和提高传动平稳性的途径.通过计算,得到了悬索的速度-初始角曲线.可根据速度-初始角方程和分叉条件,通过增加初始轴力等手段达到稳定运动目的.通过对运动悬索平面运动分析,得到了其非线性运动控制方程,定性分析了运动速度对悬索自振频率的影响.指出了当运动速度等于横向弹性波速度时系统将发生基频共振.