弹性地基上复合材料夹层梁的热过屈曲

通过考虑轴线可伸长变化及剪切变形等因素影响,建立了热载荷作用下复合材料夹层梁受弹性地基约束时的几何非线性控制方程。利用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,并获得了一边不可移铰支一边固定的夹层梁在横向均匀升温作用下的静态热过屈曲和热弯曲变形数值解。给出了临界升温与地基弹性参数之间的关系曲线,得到了模态跃迁性质,分析了载荷热与地基刚度参数对一阶模态的过屈曲平衡构形的影响。     

屈曲粘弹性Timoshenko斜梁的混沌运动区域分析

由于各向同性粘弹性体剪应力-角应变的本构关系与应力-应变的本构关系相似，据此可以得到屈曲粘弹性Timoshenko斜梁在铅垂外扰力作用下的动力方程，采用Melnikov法及Galerkin原理研究了屈曲粘弹性Timoshenko斜梁的混沌运动，并讨论分析了倾斜角、剪切变形、长厚比、外阻尼与内阻尼比对屈曲粘弹性梁混沌运动区域的影响。     

弹性支撑旋转Timoshenko梁动力学特性

为研究弹性支撑旋转梁动力学特性随转速及弹性支撑参数变化规律,考虑剪切效应、转动惯量和陀螺效应,采用Hamilton原理推导旋转Timoshenko梁动力学方程,应用Chebyshev谱方法获得系统涡动频率与模态振型数值解。结果表明,在高速转动状态下陀螺效应、支撑结构刚度对Timoshenko梁动力学特性有显著影响;各阶固有频率随着转速增加而分成正向涡动频率与反向涡动频率,高阶频率变化幅度更大;涡动频率随支撑结构直线刚度增加而呈阶梯状变化,当直线刚度增加到一定值后系统涡动频率将保持稳定;随着支撑结构转动刚度增加,涡动频率出现一个最小值与最大值,前者低于自由边界条件下频率值,后者高于固定边界条件下频率值。相关结果可用于各类旋转梁机构的设计与优化。     

解析型弹性地基Timoshenko梁单元

采用双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型,建立了弹性地基一般梁挠度控制方程,求解得到了挠度方程解析通解,构建了双参数弹性地基深梁的挠度、截面弯曲转角及剪切角的解析位移形函数。建立了梁模型、梁基模型等两种势能泛函,利用最小势能原理,构造了两个双参数弹性地基深梁单元,给出了单元列式。分析表明：梁模型单元在均布荷载作用下误差为0.221%,非均布荷载作用下误差为0;梁基模型单元在均布荷载作用下误差为0,在两端集中力作用下误差为6.597%,在跨中集中力作用下误差为102.716%;同时,该文提出的双参数Timoshenko梁模型单元不存在剪切闭锁的问题。     

Timoshenko梁在热冲击下的瞬态动力响应

研究了矩形截面简支Timoshenko梁在热冲击载荷作用下的动力响应.首先由分离变量法求得了梁的温度响应,然后采用微分求积法(DQM)分别对位移形式的动力学方程及初边值条件在空间域和时间域进行离散.数值求解离散后的代数方程组,得到了梁在热冲击下的动态位移和应力响应.分析了相关物理和几何参数对动态位移响应和动态应力响应的影响,考察了数值结果的收敛性.数值结果表明,对该类问题采用DQ法求解具有简洁可靠、计算效率高的特点.     

刚性基底上弹性约束矩形板的屈曲行为分析

对刚性基底上非加载边弹性约束矩形板在固支边均匀面内压力作用下的屈曲行为进行了分析研究。用里兹能量变分法建立确定板屈曲强度的本征值问题,利用满足边界条件的屈曲位移函数导出板屈曲系数计算公式。将该方法用于矩形钢管混凝土钢板局部屈曲的分析和计算,提出了目标板边界约束系数计算公式。试验结果表明,方形钢管混凝土柱钢板局部屈曲强度计算值与试验值吻合良好,钢板边界弹性约束的处理和约束系数的计算方法是有效的。     

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。     

多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为

采用经典欧拉梁理论和高阶三角剪切变形理论,研究了多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为。分析中考虑了材料物性与温度的相关性,采用含孔隙率的Voight混合模型描述了多孔功能梯度的材料属性。利用迭代算法求解结构在均匀、线性和非线性温升(考虑热传导效应)下的热-力耦合屈曲临界温度,讨论了材料非均匀参数、孔隙率和长细比等参数对屈曲临界温度的影响。ABAQUS数值模拟结果和文献对比结果验证了理论的可靠性,同时表明高阶剪切变形理论较经典欧拉梁理论精确。结果表明,功能梯度材料梁的热屈曲分析必须考虑物性与温度的相关性,否则可能高估热屈曲临界温度10%~30%;随着孔隙率增大,材料的等效弹性模量减少,即结构刚度有所弱化,但屈曲临界温度反而大大增高。     

含裂纹功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁的屈曲载荷计算与分析

含裂纹构件的屈曲载荷是结构是否安全的判定准则之一, 其计算与分析也是结构健康监测和安全评价中关注的重要问题。基于Euler-Bernoulli梁理论和Timoshenko梁理论, 建立了一种求解含裂纹功能梯度材料梁的屈曲载荷计算方法。首先裂纹导致的构件截面转角不连续性由转动弹簧模型进行模拟, 再根据功能梯度材料Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁的屈曲控制方程及其闭合解, 由传递矩阵法建立了求解含裂纹功能梯度材料梁在多种边界条件下屈曲载荷的循环递推公式和特征行列式, 使问题通过降阶的方法得到快速准确的解答。数值算例研究了剪切变形、 裂纹的不同数目及位置、 材料参数变化、 长细比和不同边界约束条件等对含裂纹功能梯度材料梁屈曲载荷的影响。结果表明该方法可以简单、 方便和准确地计算不同数目裂纹和任意边界条件下功能梯度材料梁的屈曲问题。      

复合材料层合梁和夹层梁屈曲问题数值分析

该文基于锯齿理论构造了两节点梁单元,并用此单元分析了软核夹层梁屈曲问题。该文使用的锯齿理论能够预先满足层间应力连续条件,并且未知变量的个数独立于层合梁的层数。为了说明锯齿理论的准确性,Reddy理论和一阶理论也被选择作为比较。数值结果表明:基于锯齿理论构造的梁单元能够准确的预测软核夹层梁的临界载荷,然而Reddy理论和一阶理论明显高估了此结构临界载荷。     

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。     

黏弹性三参数地基上Timoshenko梁横向自由振动

运用复模态分析方法研究了黏弹性三参数地基上Timoshenko梁的横向振动特征,得到简支边界条件下的频率方程以及模态函数表达式。通过具体算例,分析了各项地基参数对固有频率和模态函数的影响,比较了相同地基上作用的Timoshenko梁和Euler-Bernoulli梁的振动特征。结果表明,随着地基刚度、剪切参数的增大以及黏性系数的减小,各阶固有频率值均增大;Timoshenko梁的固有频率略低于Euler-Bernoulli梁。     

格栅夹层梁的热弯曲变形

考虑内部热传导,研究了格栅夹层梁一侧受热后的弯曲变形.认为变形后夹层结构中间腹板无弯曲.利用格栅夹层梁结构上的周期性,通过胞元结构的内力平衡方程和变形协调关系,得到了胞元两端内力和位移的关系.引入传递矩阵,建立了夹层梁内力和变形随温度变化的表达式.应用所建立的模型计算了悬臂格栅夹层梁在其上表面受热后的变形.在格栅夹层梁包含的胞元数量较多、腹板高度较小且厚度与表板厚度相近的情况下,由本文模型计算得到的挠度结果与有限元结果吻合较好.     

粘弹性Timoshenko梁非线性动力学行为的微分求积分析

对有限变形条件下,Timoshenko粘弹性梁非线性分析的数学模型应用推广的微分求积方法进行空域的离散,得到了简洁的矩阵形式的非线性数值逼近公式,时域上引进新的变量,得到了简支粘弹性梁运动的简化模型.然后利用非线性动力学中数值方法,分析了粘弹性Timoshenko梁的动力学行为.同时,为表明该方法的可靠性和有效性,研究了DQ解的收敛性和精确性.并考察了梁的材料、几何等参数对非线性粘弹性梁的动力学特性的影响.     

非对称支承弹性杆的热过屈曲

本文基于轴线可伸长细杆的几何非线性理论,建立了一端固定夹紧另一端固定简支的均匀加热直杆热弹性过屈曲行为的精确数学模型。这是一个包含杆轴线弧长在内的多未知函数的强非线性一阶常微分方程两点边值问题。采用打靶法和解析延拓法直接数值求解上述非线性边值问题,获得了杆的热过屈曲状态解,给出了具有不同长细比杆的热过屈曲平衡路径。     

热过屈曲梁振动的解析解

该文导出了面内热载荷作用下, 梁在其过屈曲构形附近微幅振动的解析解。首先基于经典梁理论, 推导了控制轴向和横向变形的基本方程。然后, 将2 个非线性方程化为一个关于横向挠度的四阶非线性积分-微分方程。假设梁的振幅以及由此引起的附加应变为无限小, 另设其响应为谐振, 则该非线性积分-微分方程将化为两组耦合的微分方程:一组控制非线性静态响应;另一组就是叠加于梁屈曲构形之上的线性振动方程。直接求解这些问题, 可以得到梁热过屈曲构形以及固有频率的解析解, 这些解是外加热载荷的函数。该文得到的精确解可以用于验证或改进各类近似理论和数值方法。     

无限弹性基底上热电薄膜的屈曲行为研究

本文研究了热电薄膜粘合到弹性基底结构的屈曲行为．将界面剪切应力和薄膜的轴向应力结合起来,建立了热电薄膜的计算模型,利用边界条件将所求问题转化为一个奇异积分方程．通过使用切比雪夫多项式展开求解奇异积分方程,得到归一化应力强度因子．确定了膜厚度和基材与膜刚度比对薄膜应力和界面应力强度因子的影响．讨论了薄膜长度和厚度比对薄膜应力和界面应力强度因子的影响．结果显示薄膜和基底之间的刚度比对薄膜的应力水平有着较明显的影响．     

具有非线性能量阱的弹性边界约束轴向载荷梁结构动力学行为研究

近年来,非线性能量阱作为一种高效的被动控制手段受到国内外学者广泛关注。本文采用Galerkin截断法(GTM)预报弹性边界约束轴向载荷梁结构动力学响应,研究非线性能量阱对梁结构振动行为影响规律。在Galerkin截断法中,选取具有线性边界条件轴向载荷Euler-Bernoulli梁模态函数作为权函数和试函数,之后利用Galerkin条件建立梁结构振动系统的残差方程,结合4阶龙格-库塔算法对上述残差方程进行求解。采用谐波平衡法对Galerkin截断法所得结果进行验证并研究了Galerkin截断法截断数对结果稳定性的影响。在此基础上,研究外部激励位置、非线性能量阱参数对该梁结构系统动力学响应、减振性能的影响规律。结果表明,外部激励位置与非线性能量阱参数对梁结构动力学响应影响显著。适当的非线性刚度、阻尼参数能够有效抑制梁结构端点处的振动响应幅值。     

Timoshenko梁功率流主动控制研究

为了研究扰动影响下梁式结构的动力学响应与主动控制,首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了悬臂梁结构的动力学模型并获得了其在扰动下的精确动力学响应,进一步得到结构中传播的功率流,并以此为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,实现了Timoshenko梁结构的功率流主动控制。对Timoshenko梁结构动力学响应与功率流主动控制方法进行了数值计算,并与Euler-Bernoulli梁理论计算结果进行了对比分析。结果表明：采用行波方法计算梁结构的动力学响应准确可靠;Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型在中、高频段更为精确,且更接近工程实际;通过数值计算与分析验证了基于行波方法功率流主动控制的正确性与有效性,并且功率流主动控制可以明显降低梁式结构全频域内的抖动。     

弹性地基上加热弹性圆板的热过屈曲及临界屈曲模态跃迁

基于von Kármán薄板理论建立了Winkler弹性基础上弹性圆板在均匀升温下的轴对称热过屈曲控制方程。这是一组以中面位移为基本未知量的非线性常微分方程,其中包含了温度载荷和弹性地基刚度两个参数。采用打靶法数值求解相应的非线性两点边值问题,获得了周边不可移简支圆板的热屈曲及热过屈曲响应。绘出了前三阶屈曲模态对应的临界温度载荷随地基参数连续变化的特性曲线,获得了反映临界热屈曲模态跃迁特性的地基参数值。给出了弹性圆板按一阶模态失稳后的热过屈曲平衡路径和平衡构形,分析了地基刚度参数对临界屈曲温度载荷以及过屈曲平衡构形的影响。