压电驱动器非线性模型研究

本文通过对压电驱动器的软件计算结果与实验结果的差异进行研究总结,利用变形后压电驱动器中各个结构部分的应力应变分布特点,结合复合层合材料力学、梁力学模型和压电材料非线性模型理论构造出压电薄片与基体材料的简化耦合模型,从而建立结构的非线性模型。模型计算结果比软件计算结果更符合实验结果,并且形式比前人的更简单,物理意义清晰明确。再利用该模型对不同结构参数下的压电驱动器性能进行分析,直观地反应出压电驱动器各结构参数对驱动器性能的影响。     

大运动柔性梁非线性动力响应分析

分析了发生横、纵振动的大运动梁的非线性动力响应,引用梁横向和纵向振动的精确模态描述变形场,利 用拉格朗日方程建立了运动梁刚柔耦合非线性动力学方程。该非线性方程自动计及了动力刚化的影响。基于Newmark 直接积分法和Newton Raphson迭代法,给出了求解该非线性方程的数值方法。仿真算例证明了本文方法的正确性和有 效性。     

含裂纹损伤杆系结构的动态特性研究

运用动刚度有限元法,研究了含裂纹损伤杆系结构的动态特性。提出了一种含裂纹的杆单元,基于断裂力学的线弹簧模型,导出了相应的动刚度矩阵。在此基础上,对含裂纹的悬臂梁和平面框架进行了数值计算,并与已有的实验值和解析解进行了比较。结果表明:损伤位置和损伤程度的不同均会导致结构动态特性发生改变,因而在结构分析中应考虑损伤的影响;而该单元能够方便地用于含裂纹损伤杆系结构的动态特性分析,并具有很好的精度。     

梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。     

变截面压电层合梁自由振动分析

考虑压电材料的质量效应和刚度效应,将表面粘贴或埋入式压电悬臂梁看作变截面梁,研究压电材料对智能结构固有特性的影响。基于一阶剪切变形理论导出压电层合梁的抗弯刚度和横向剪切刚度,计及梁的剪切变形和转动惯量,采用Timoshenko理论推导变截面压电层合梁的频率方程。给出了T300/970压电层合梁和硬铝压电层合梁的前3阶固有频率,并和有限元结果、等截面梁的计算结果进行比较。计算表明,压电材料对压电结构固有频率和固有振型的影响显著,在以振动控制为目标的压电结构动力学建模过程中,有必要考虑压电材料的质量和刚度。     

楔形阻尼层复合梁式吸振器设计及实验研究

针对弹性薄板结构在固有模态频率处振动过大的情况,对其进行了吸振控制的理论及实验研究。以典型简支板为控制对象,运用有限元方法设计了变阻尼层复合梁式吸振器并分析了其吸振效果,进一步通过实验对所获结论进行了验证,数值分析和实验测试结果一致表明：随着长度增加,用于吸振模态个数增加,吸振频带变宽,但每个频率上的吸振效果下降;对于板振动系统,具有较好的吸振效果的安装区域为激振点附近区域;复合梁用于吸振的模态阶数越低,吸振量越大。     

基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究

针对压电智能挠性悬臂梁进行了基于模糊振动控制研究.首先推导了压电智能挠性悬臂梁的控制方程.基于查表法设计振动模糊控制器,并在此基础上运用了一种修正技术提高模糊控制精度,提出采用修正Fuzzy-PI双模控制方法,设置信号阀值实现Fuzzy控制和PI控制的切换,设计了挠性悬臂梁振动主动控制算法.建立了压电智能挠性悬臂梁的实验平台,采用提出的控制方法对悬臂梁振动进行实验研究,实验结果表明:振动被快速抑制,系统的动态、稳态性能方面优于普通模糊控制器.     

几何精确的二维动态压电梁有限元格式

在几何精确梁理论的基础上,通过引入压电材料的力-电耦合效应,建立了一种几何精确的动态二维压电层合梁有限元格式。通过对这种几何精确有限元格式的分析和实现,得到了一个分析在空间做大尺度运动的压电柔性梁结构的方法。最后通过几个数值算例验证了这种格式的正确性,并且给出了这种方法在分析压电结构时的可能用途。     

磁力非线性耦合的I-L组合压电梁俘能器发电性能试验研究EI北大核心CSCD

针对线性的压电振动俘能器俘能频带过窄,输出较低等问题,提出了一种磁力非线性耦合的I-L组合压电梁俘能器。俘能器由带永磁铁的I型压电梁和L型压电梁组成,可通过调节两永磁铁间的水平距离,得到不同的非线性磁力耦合效应。试验结果表明:存在最优电阻使压电俘能系统的输出功率最大;对比无磁力系统,磁力耦合的I-L组合压电梁俘能器共振频率发生了明显的偏移:I型压电梁向左偏移,L型压电梁向右偏移,拓宽了系统的俘能频带;当激励加速度为0.2 g水平距离为20 mm、激振频率为18.4 Hz时,俘能器最大可得到1.2 mW的输出功率。     

新型U形外包钢-钢筋砼T形截面组合梁的试验

对新型U形外包钢-钢筋混凝土组合简支梁在施工状态下及在正常使用(组合)状态下的性能进行了试验。试验观察到的结构工作性能与试验前对其工作性能的预测基本一致。该组合梁在施工状态下,外部U形钢板独自承担着来自预应力砼预制板构件的偏心荷载,在该偏心荷载作用下,构件产生很小的变形。对于跨度为6m的边梁,在施工过程中需要在梁的跨中截面处设置一个临时支撑,用来阻止U形外包钢的侧边钢板的扭转屈曲变形。在正常使用(组合)状态下,该组合梁的抗剪承载力试验值大大超过有限元软件的理论计算值。试件的荷载-位移曲线表明,该组合梁结构具有很好的延性。在试件破坏前,组合梁中的混凝土和U形外包钢截面之间具有较好的粘结性能。     

单层球面网壳跳跃失稳的运动特性

本文从运动学的角度,基于非线性运动平衡方程,对单层球面网壳结构发生跳跃失稳时的运动特性进行了研究。在结构达到临界失稳状态的前后分别采用基于静力的几何非线性分析方法和基于动力响应的几何非线性分析方法,描述结构的实际行为特性。对网壳结构失稳时的加速度、速度与位移等结构响应的研究,揭示了失稳的运动本质,为结构稳定性分析、失稳机制和结构失稳的传播特性的研究提供了另一条途径。     

压电陶瓷驱动三自由度精密定位系统的弹性动力学与输入调理特性研究

对压电陶瓷驱动三自由度精密定位系统的动力学性能进行了研究。首先建立了系统的弹性动力学模型，采用变截面框架单元描述柔性铰链，给出了其单元刚度矩阵和质量矩阵。通过实验获得了系统的低阶模态参数，并和分析结果进行了比较，验证了所建动力学分析模型的正确性。提出了基于动力学特性分析的驱动输入调理概念。分别采用正弦曲线和五次多项式作为调理函数对系统驱动的动态性能进行了研究。研究结果表明：对驱动输入进行必要的调理是十分必要的，所采用的两种调理方法均有效改善了系统的驱动特性，但由于采用五次多项式作为调理函数完全避免了驱动开始和结束时的加速度冲击，因而可获得更好的驱动效果。     

三维柔性多体梁系统非线性动力响应分析

研究了三维柔性多体梁系统的非线性动力响应问题。将空间柔性梁的变形分解为轴向变形以及在x-y平面的弯曲变形和在x-z平面的弯曲变形，引用各自的精确振动模态描述变形场，利用拉格朗日乘子法建立起柔性多体梁系统约束非线性动力学方程。结合Newmark直接积分法和Newton-Raphson迭代法，导出了求解该非线性代数一微分方程组的数值方法。仿真算例证明了该方法的正确性和有效性。     

一个用于大位移大转动非线性动力计算的显式梁元

为了数值模拟建筑结构倒塌过程中的梁柱构件,建立了一个具有大位移大转动非线性动力计算能力的显式梁元。该梁元基于显式有限元单元理论,采用更新拉格朗日列式,考虑了转动的不可交换性,选用共旋(Co-Rotational)方法分离单元刚体位移和变形位移,通过应力更新算法来考虑材料的非线性。算例表明该梁元力学性能良好,具有一定的工程应用价值。     

Electromechanical analysis of piezoelectric bimorph actuator in static state considering the nonlinearity at high electric field

This article contains electromechanical analysis of a piezoelectric bimorph actuator at high electric field by incorporating second-order constitutive equations of piezoelectric material. Tip deflection, block force, block moment, block load, output strain energy, output energy density, input electrical energy, and energy efficiency are analytically derived for the actuator at high electric field. The analysis shows that output energy and energy density increase more rapidly at high electric field, compared to the prediction by the linear model. The analysis shows energy efficiency depends on electric field. Some analytical results are validated with the published experimental results.     

基于Bessel和Meijer-G函数的楔形和锥形悬臂梁振动分析

基于欧拉-伯努利梁理论,利用Lagrange法建立了楔形和锥形截面梁在外激作用下的非线性微分方程.提出了一种基于Bessel函数和Meijer-G函数线性组合的无需迭代及近似截断的振型函数,且该振型函数不依赖于楔形和锥形变截面梁的弯曲振动的运动方程是否为标准的Bessel形式,该方法能快速求解线性基频和模态函数.随后将...     

插值振型函数法求解移动荷载作用下等截面连续梁的动态响应

根据哈密顿原理,应用插值振型函数法,分析了多跨连续梁在移动荷载作用下的车桥耦合振动动态响应。经实例讨论分析,给出了多跨等截面连续梁在不同速度移动荷载作用下的数值结果。实例分析表明,该方法具有很好的收敛性和很高的精度。具通过对结果的分析讨论,得到了多跨连续梁在移动荷载作用下的一些规律。     

激励与滚筒振动耦合下采煤机动力学特性分析

为了研究采煤机截割过程中的动力学特性及其对截割载荷的影响,采用含滚筒振动量的锋利截齿截割阻力模型描述滚筒截割载荷,采用含间隙齿轮啮合模型描述行走轮驱动载荷,采用库伦摩擦模型描述平滑靴摩擦载荷,建立了采煤机整机五自由度动力学模型,利用ode45对模型求解.结果表明:当煤岩硬度f=3,行走速度为3m/min时,采煤机右摇臂振动幅值约为0.8×10~(-4)rad,左摇臂振动幅值约为0.4×10~(-5)rad;机身振动速度在-1.4~+1.4mm/s间波动,右、左摇臂的振动角速度分别在-1×10~(-3)~+1×10~(-3) rad/s和-4.5×10~(-4)~+4.5×10~(-4) rad/s间波动;通过对比考虑滚筒振动和未考虑滚筒振动时的截割载荷,表明滚筒的振动有利于对煤岩的截割;对右侧摇臂的振动量进行了实验测量,其大小及波动范围与仿真值较为接近,说明采煤机的动力学模型具有一定的准确性.     

Effects of chaotic dynamic-system behavior on measurement uncertainty

Solutions to the logistic equation are used to show that when a chaotic state develops in a dynamic system, parameter measurements show an anomalous spread. It is proposed evaluating the measurements from the statistical characteristics of the random behavior. __________ Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 1, pp. 6–9, January, 2008.