基于能量有限元法的功能梯度梁振动分析

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)由于其优良的结构性能和重要的应用价值,近些年来得到了广泛的研究和关注。采用能量有限元法对功能梯度梁和耦合梁的弯曲振动特性进行研究,推导了功能梯度材料梁的能量密度控制方程、能量有限元矩阵方程以及耦合梁的能量有限元方程,从而得到梁中的能量密度和能量流。以一简支功能梯度梁为例,分别采用该方法和传统有限元法计算了梁弯曲振动时的能量密度,通过对比验证了能量有限元法求解的准确性。在此基础上进一步对耦合功能梯度梁结构的能量密度和能量流进行了求解,得到其能量分布特征。该研究为基于能量有限元法分析复杂功能梯度材料结构的振动特性提供了理论基础。     

车辆作用下中小跨径裂缝简支梁桥自振特性分析

基于传递矩阵方法的基本思想,形成了车辆作用下裂缝简支梁桥自振特性的分析方法。在确定了简支梁桥及车辆简化模型的基础上,首先明确了表征梁体振动形状的待定系数在裂缝间的传递关系,接着从结构振动的基本原理出发,建立了车轮处梁体待定系数方程和表征车辆振动的待定系数方程。其次采用数值组装方法把车轮处的待定系数方程、车辆振动待定系数方程以及边界条件组合成了一个新型的车辆-裂缝简支梁耦合体系自由振动方程,通过求解该方程便可得到车辆作用下裂缝简支梁桥的自振特性。最后采用多种工况下的数值模拟计算来验证该方法的正确性和有效性。     

轴向运动粘弹性夹层梁热力耦合振动频率分析

研究了温度场与位移场相互耦合时,轴向运动粘弹性夹层梁的横向振动特性。基于Euler-Bernouli梁理论和Kelvin粘弹性材料本构关系,建立了轴向运动粘弹性夹层梁横向振动控制方程;考虑材料变形与传热的相互影响,得到相应的热力耦合状态下轴向运动粘性夹层梁的耦合控制方程。采用Galerkin截断得到相应的热力耦合动力系统。用数值方法分析了相关热参数对梁振动频率的影响。     

双参数弹性地基上锥壳自由振动

本文研究双参数弹性地基上锥壳的自由振动问题,并计及地基惯性作用。通过引入一个位移函数,位移型基本微分方程组化成一个八阶可解偏微分方程,并用幂级数方法得到了该控制方程的解析解。根据所得的解,结合工程实例,文中给出了固定边和简支边锥壳的振动特征方程和数值结果。在地基深度发生变化时,详尽地比较了双参数模式与文克勒模式的差异,从而得出了文克勒弹性地基模式的适用范围。     

黏弹性Pasternak地基上两跨连续Timoshenko梁横向自振特性分析

以黏弹性Pasternak地基上的Timoshenko梁为研究对象，研究其在两端简支、两端固支、简支-固支边界条件下的单跨地基梁及两跨连续地基梁(等跨和不等跨两种工况)的自振频率、衰减系数和模态。基于回传射线矩阵法，根据各种约束条件下的节点耦合条件，推导横向振动频率方程，通过观察两跨连续地基梁与单跨地基梁的频率方程，并通过具体算例，研究两跨连续地基梁与单跨地基梁自振频率之间的联系与区别，进一步给出前三阶模态。结果表明：两等跨连续地基梁自振频率方程可分为两个部分，且这两部分分别与两端简支和简支-固支边界条件下单跨地基梁的频率方程形式类同；其奇数阶自振频率与两端简支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相等，而其偶数阶自振频率则与两端固支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相同；不等跨的两跨连续Timoshenko地基梁的模态函数曲线幅值随阶数的增加降低最快。     

弹性半空间地基上两端自由梁稳态振动研究

基础梁是一种基本的工程受力构件,广泛应用于交通工程和工业民用建筑中,因而受到广泛重视和研究.弹性基础梁稳态振动的关键是要确定梁下地基反力分布函数。现有关于地基反力的稳态振动方法大致分为两类：Winkler地基模型或双参数地基模型以及弹性理论方法。然而Winkler地基模型或双参数地基模型忽略了地基的连续性。而按弹性半空间理论计算弹性地基梁的问题实际上是解决接触问题。     

端部激励下空间倾斜拉索非线性振动特性研究

为探讨空间倾斜拉索承受塔锚固端或梁锚固端谐波位移激励下的非线性振动特性,基于牛顿运动定律及拉索索力的状态变化,综合考虑拉索振动松弛与非松弛特性,推导了斜拉索承受端部任意方向位移激励下的三维空间非线性振动方程,并采用Runge-Kutta分段时程积分法求解该方程。研究表明：在三维空间坐标系下,拉索振动呈现面、内外耦合振动特性,且耦合振动幅值与拉索面、内外固有频率及激励频率大小有关;在面内位移激励下,增大激励幅值,拉索振动呈现面外自激振动特性;增大拉索初始垂度及激励幅值,拉索振动呈现松弛与非松弛状态交替变化过程。     

Winkler地基上有限长梁非线性自由振动

基于经典Winkler地基模型及Euler-Bernoulli梁理论,考虑梁的几何非线性效应,运用Newton 第二定律建立了弹性地基上有限长梁的非线性运动方程.采用Galerkin 方法对运动方程进行一阶模态截断,进而利用多尺度法求得了该系统自由振动的一阶近似解.揭示了两端简支梁的非线性自由振动特性,分析了弹性模量、长细比及地基刚度系数等参数对系统固有频率的影响.并通过该系统的位移时程曲线,分析了阻尼对弹性地基上梁运动特性的影响.     

基于n阶GBT热-机载荷作用下FGM梁的振动特性和稳定性分析

研究了热-机载荷耦合作用下弹性地基FGM梁的振动特性与稳定性。考虑到材料的物性依赖于温度变化且组分沿梁厚按幂律分布。首先,基于一种扩展的n阶广义剪切变形梁理论(n-th GBT),应用Hamilton原理,统一建立了系统自由振动及屈曲问题力学模型的控制方程,采用一种改进型广义微分求积法(MGDQ)获得FGM梁静动态响应的数值解。其次,通过算例验证GBT的有效性并给出阶次n的理想取值,在丰富梁理论的同时,也可验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,讨论并分析了升温、边界条件、初始轴向机械载荷、梯度指标、地基刚度、跨厚比等诸多参数对FGM梁振动特性和稳定性的影响。     

Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛,但其在高阶频率及深梁计算中误差较大,利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程,由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量,因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算,所求结果与理论基本无误差,从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果,从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。     

On the response of a timoshenko beam under initial stress to a moving load

When an axial compressive force is present, the wavelength of the propagating free waves in a beam rapidly decreases. The conventional Euler-Bernoulli beam equations are often not adequate for determining dynamic behavior of the moving load on a beam supported on an elastic foundation when initial axial stress is present. Equations derived by Sun for the Timoshenko beam with initial axial stress (based on Trefftz's theory), form the basis of this investigation. Analytical solutions are presented for deformations of the beam both with and without damping. Expressions of the critical velocity as a function of initial axial stress and foundation modulus parameters, are obtained for the Timoshenko beam. Critical velocities of the Timoshenko beam, with and without axial stress, are compared with that obtained using Euler-Bernoulli beam formulation. Some significant agreements and disagreements in the behaviors of the two systems are described.     

On the stability of a Timoshenko beam on an elastic foundation under a moving spring-mass system

Summary The stability problem of densely distributed oscillators moving along a Timoshenko beam on an elastic foundation is considered. The forward speed of the moving subsystem is assumed to be constant. The friction at the contact line between the beam and the oscillator set is neglected. A qualitatively new instability region is found. It is pointed out that the critical velocity for some system parameters takes smaller values than the velocity of shear waves or the velocity of longitudinal waves.With 8 Figures     

非线性弹性地基上矩形薄板的动力学研究

本文研究了非线性弹性地基上矩形薄板的非线性振动特性和振动稳定性。在考虑了地基板阻尼和非线性效应的基础上,建立了小挠度矩形板横向均布简谐激励作用下的非线性动力学方程;用谐波平衡法研究了其非线性振动特性;导出了频率响应方程,研究了频率响应特性;讨论了非线性因素的影响,得出了忽略地基板非线性因素的条件;分析了地基板的非线性振动的稳定性,得出了稳定区和不稳定区的分界线方程。     

多个移动车辆作用下简支梁的动力响应分析

将简支梁桥简化为欧拉-伯努利梁模型,考虑四自由度车辆移动系统与结构表面接触处不平顺产生的随机激励,建立了多个移动车辆振动系统与梁的耦合动力效应模型。在数值算例中,计算了不同模态截断阶数情况下由动力效应产生的挠曲线;讨论了移动速度变化时,在梁上作用不同荷载组合情况下冲击系数的变化规律;并讨论了跨径变化时冲击系数的变化规律;最后比较了在不同等级平整度情况下梁的动弯矩、动剪力的结果。     

移动载荷作用下斜拉桥结构的动态响应计算分析

运用斜拉桥的近似分析方法,将漂浮体系的斜拉桥结构简化成两端简支且中间离散弹性支撑梁、变地基系数梁和均匀地基系数地基梁三种模型。建立了移动载荷作用下斜拉桥结构的动力学方程,用四阶龙格库塔法对动力学方程进行了计算,对三种模型的固有频率和三种模型在相同移动载荷作用下的动态响应进行了比较,并对移动载荷移动速度、垂直振动的刚度和阻尼对桥梁动态响应的影响进行分析。结果表明,当拉索等效弹性系数较小时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别较小,当拉索等效弹性系数较大时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别明显;桥梁动态响应的频谱由桥梁的固有频率和移动载荷的自振频率组成;移动载荷垂直振动的刚度越大,阻尼越小,桥梁振动的响应越大。     

干摩擦LQ控制系统在简谐激励下响应的递推算法

本在用增量谐波平衡法求解系统响应和用子结构法求解Riccati方程的基础上，进一步研究了单自由度含有粘性阻尼双线性滞迟恢复力LQ控制系统在简谐激励下的响应计算问题，并给出相应算例，为干摩擦系统在工程中的应用提供了理论依据。     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。     

非线性弹性地基上矩形薄板的非线性振动与奇异性分析

研究非线性弹性地基上小挠度矩形薄板的非线性振动，应用弹性力学理论建立非线性弹性地基上小挠度矩形薄板受简谐激励作用的动力学方程，利用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程。根据非线性振动的多尺度法求得系统主参数共振-主共振情况的一次近似解，并进行数值计算。分析了阻尼系数、地基系数、激励参数等对系统主参数共振-主共振的影响。系统主参数共振-主共振曲线均具有跳跃现象。随着阻尼、地基系数的改变，系统响应曲线具有“类软刚度特征”。随着参数激励幅值的改变，系统响应曲线具有“类硬刚度特征”。应用奇异性理论得到系统主参数共振-主共振稳态响应的转迁集和分岔图。     

粘弹性地基上弹性板受刚体撞击的动力响应分析

本文针对工程实际中所遇到的撞击问题,在事先仅知撞击体初始速度的情况下.研究分析了半无限粘弹性Winkler地基上的矩形弹性薄板受刚体撞击的动力响应问题,推导出了关于撞击力F(t)的非线性Volterra积分方程,给出了薄板位移响应W(x,y,t)的一般表达式,并给出了求解计算的数值方法。作为应用实例,本文对弹性方薄板受刚球撞击问题进行了分析计算,并与无粘性支承时的结果进行了对比讨论.