环状分块覆盖ACLD圆柱壳振动分析的新矩阵方法

基于被动约束层阻尼(PCLD)圆柱层合壳振动分析的研究工作,进一步考虑主动约束层的压电效应,通过在其运动方程中直接施加压电控制力,导出了环状分块敷设主动约束层阻尼(ACLD)圆柱层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,并采用新型齐次扩容精细积分法和叠加原理,建立了分析此类ACLD圆柱壳振动控制问题的一种高精度矩阵方法,进而还研究了轴对称自由振动情况下的阻尼特性以及在地面运动激励下的响应。通过数值计算发现,采用与结构响应中的占优模态成分相匹配的分布电压控制方式对振动的抑制效果更好,可称之为占优模态控制策略。     

主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法

基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。     

主动约束层阻尼结构的一种新模型

提出一种主动约束层阻尼结构的新力学模型.该模型假定阻尼层既横向剪切变形又横向拉压变形,主动约束层和基层存在不同的横向位移.使用有限元法建立主动约束层阻尼梁的动力学方程,并针对典型算例进行数值计算.与传统模型比较发现:粘弹性层的横向拉压变形不但会影响系统的动态特性,而且会降低压电层的主动控制作用.研究表明,粘弹性层横向压缩变形不应忽略.     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

主动约束层阻尼贮液圆柱壳的耦振与控制研究

在被动约束层阻尼(PCLD)贮液圆柱壳研究的基础上,考虑约束层的压电效应,导出了压电主动约束层阻尼(PACLD)贮液圆柱壳呈一阶常微分矩阵形式的电-液-固多场谐耦振的控制方程.由于该方程中所包含的液动压力系数和采用比例微分(PD)反馈控制策略时所必需的参考点径向位移都不能预先给定,无法直接求解.为了克服这一困难,采用新...     

被动约束层阻尼圆锥壳振动和阻尼分析的新方法

该文基于Donnell薄壳理论,考虑各层锥顶点的水平偏移,分别建立了基壳和约束壳的控制方程。仅考虑粘弹性层剪切变形的影响,由线粘弹性理论,结合基壳、约束壳的控制方程和粘弹性层的法向平衡方程,导出了PCLD圆锥层合壳的整合一阶常微分矩阵方程。该方程的系数矩阵不是常数矩阵,各元素的表达式较PCLD圆柱壳复杂。然后,借助基于精细积分技术的传递矩阵法提出了一种分析PCLD圆锥层合壳振动和阻尼特性的半解析、半数值方法。通过与文献值的对比,证明了该文方法的有效性。该文还讨论了各种参数对系统固有频率和损耗因子的影响。     

一类双壳结构振动特性的半解析法

以Hamilton正则方程的半解析法为基础,为一类双壳结构的振动特性提出了一种新的数学模型。基本步骤:(1)独立地建立内外壳和连接筋的线性方程组;(2)考虑到内外壳和连接筋的界面上的应力和位移的连续性,联立内外壳和连接筋的方程,从而得到全结构的方程组。主要优点是:采用了同一种Hamiltonian等参元离散壳和连接筋,结构的转动惯性、剪切变形等因素都得到了考虑,而且不限制壳的厚度和筋的高度;该方法象一般的有限元法一样适应复杂的边界条件和由多种材料构成的结构。本文的方法可推广用来研究加筋复合材料或加筋压电材料层合壳及相应的双壳结构的动力学问题。     

功能梯度压电层/压磁半空间结构中SH波传播

分析功能梯度压电层/压磁半空间结构中SH波传播特性。功能梯度压电材料沿x2方向按指数形式变化,电学边界条件分为电学短路及开路,基于推导的频散方程数值分析功能梯度压电材料的梯度系数、覆层厚度及边界条件对频散关系影响。研究成果可为研制、设计高性能声波器件提供理论参考。     

考虑静水压力的压电弹性层合圆柱壳动力响应的控制模型

基于经典的层合板理论和Navier解法,对静水压作用下压电弹性层合圆柱壳的动力问题的主动控制进行了研究。首先由Hamilton原理导出压电弹性层合壳的非线性动力基本方程。利用压电材料的正、逆压电效应,通过闭环方式,采用速度反馈控制方法得到了任意形式动载作用下带压电感测层/激励层的简支层合圆柱壳动力响应的主动控制模型。数值算例中对于三种不同的外载条件下该控制模型对圆柱壳的动力响应的控制效果进行了研究。结果表明本文中提出的控制模型能够有效抑制动载作用下结构的振动。     

厚度不连续悬臂梁板的自由振动分析

将厚度不连续梁板视为层合板, 分别应用Hamilton 正则方程半解析法建立每一层的线性方程。考虑到每两层连接界面上应力和位移的连续性, 联立各层的方程得到整个结构的特征方程, 其主要的优越性表现为: 控制方程不限制不连续梁板的厚度, 并能适合处理厚度不对称且不连续的层合板。本文中的方法可修改或扩展用来分析加筋压电材料层合板或带有压电材料传感器和驱动器块的板壳等问题。      

《多点敷设支撑层的粘弹性约束阻尼梁振动分析》

针对夹层约束阻尼梁结构的减振特性进行深入研究,在其基础上扩展多处敷设增设支撑层的约束阻尼,建立了多点铺设增设支撑层约束阻尼梁的振动特性模型,利用粘弹性材料的Maxwell模型、假设模态法、有限元理论和力学原理,结合功能特性方程和Lagrange方程,导出了增设支撑层约束阻尼梁的振动位移响应方程。通过对敷设双支撑约束阻尼简支梁在支撑层厚度变化的参数研究,可以看到增设适当厚度的支撑层能够达到更好的减振效果。     

压电梯度薄壳的高阶理论解

压电功能梯度执行器能产生较大的位移、降低应力峰值并避免了粘结层带来的问题,压电梯度超声换能器能拓展频带宽度。本文作者提出了一个简单而有效的求解压电梯度薄壳力、电行为特性的高阶理论。设定位移分量为壳厚的线性函数,而电势沿厚度方向为二次分布。考虑了压电作动元的驱动信号不同时所具有的不同形式的电荷平衡方程。应用Fourier级数法得到压电系数沿厚度坐标变化的梯度壳的力电耦合的解析解。所得结果可退化至梁、板等多种特殊情况。利用所得方程分析了一非均匀简支压电层合板,并与三维精确结果作了对比,两者吻合得很好,表明该理论的正确性。最后具体求解了压电梯度圆柱壳的力、电特性,给出了位移、应力、电势沿厚度方向的变化规律。     

压电层合薄壳振动主动控制的有限元分析

本文采用广义协调平板型壳元对两侧贴有压电薄膜的层合薄壳的振动控制问题进行了数值分析，推导出这种智能结构的主动控制方程，通过对一压电柱壳的计算，分析了主动振动控制的效果。     

主动约束层对梁的频率和损失因子的影响

由 Ｈａｍ ｉｌｔｏｎ 原理导出了主动约束层阻尼梁结构的机电控制方程,给出了简支边界条件下,压电层在正逆向压电效应两种情况下,电势沿压电层厚度方向的实际分布,得到了相应的运动控制方程;并计算了两种情况下,结构的自然频率和损失因子,分析了正逆向压电效应对自然频率和损失因子的影响     

圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析的新方法

提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动和强迫振动特性。首先将组合壳体的位移边界与固定边界分开,将其分解为圆柱壳、圆锥壳子结构;为能获取组合壳体的高阶振动特性,进一步将圆柱壳、圆锥壳子结构分解为自由的圆柱壳段和圆锥壳段。采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将各壳段分区界面上的位移和转角协调方程引入到组合壳体的势能泛函中,使组合壳体的振动分析问题,归结为在满足分区界面位移和转角协调条件下的无约束泛函变分问题。圆柱壳段和圆锥壳段位移变量的周向和轴向分量分别采用Fourier级数和Chebyshev多项式展开。算例表明:区域分解法计算出的不同边界条件下组合壳体自由振动和强迫振动结果与有限元软件ANSYS结果非常吻合;该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点。     

圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构自由振动分析

基于Reissner薄壳理论,采用区域分解法分析了不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构的自由振动。首先在壳体连接处将组合壳体分为独立的圆锥壳、圆柱壳和球壳,并将各个子壳体沿旋转轴线分解为若干自由壳段;然后将所有壳段分区界面(包括边界界面)的位移协调方程通过分区广义变分和最小二乘加权残值法引入到组合壳体的能量泛函中;最后将壳段位移场变量的周向分量和轴向分量分别以Fourier级数和Chebyshev多项式展开,通过变分后得到整个组合壳体的离散动力学方程。将区域分解法计算结果与有限元软件ANSYS计算结果进行对比,验证了区域分解法在分析圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构自由振动的正确性和计算精度,并分析了组合壳体长径比及厚径比对自由振动频率的影响。     

基于等几何方法的压电功能梯度板动力学及主动振动控制分析

针对表面粘贴有压电层的功能梯度板的动力学及主动振动控制问题,建立了一种基于三阶剪切变形理论的等几何分析求解方法。其中,功能梯度板的材料属性为板厚方向的幂函数分布,并假设电势沿着压电层的厚度方向呈线性变化。利用线性压电本构方程以及哈密顿变分原理,推导了压电功能梯度板的相关等几何分析有限元方程。通过分析压电智能结构的静态弯曲行为验证了该方法的有效性与精确性。运用模态叠加技术与Newmark-β直接积分法分析了两种不同结构的压电功能梯度板的动力学响应与主动振动控制问题。在主动振动控制分析中,引入了物理中面的概念避免当传感器与驱动器分别粘贴于功能梯度的上、下表面时,由拉伸-耦合效应引起的控制不稳定的问题,并着重分析了振动控制过程中两种结构传感器层和驱动器层的电压响应。     

非理想界面功能梯度压电/压磁层状半空间结构中的SH波

研究非理想界面下功能梯度压电/压磁层状半空间结构中SH波的传播特性。界面性能由“弹簧”模型表征, 假设功能梯度压电层材料性能沿层厚度方向指数变化, 其表面为电学开路。推导了频散方程, 并结合数值算例分析了界面性能、功能梯度压电层的梯度变化和厚度对相速度的影响。研究结果对功能梯度压电/压磁复合材料在声波器件中的应用提供了理论依据。     

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。     

含吸声层和阻尼层叠层板的动力学建模研究

基于基板和吸声层的一阶微分控制方程,考虑阻尼层的自重,并借助黏弹性理论和层间连续性条件将阻尼层的剪应力及偏心力矩写为基板和吸声层状态向量的形式,该研究建立了含吸声层和阻尼层叠层板的整合动力学控制方程。结合边界条件和齐次扩容精细积分方法提出了一种求解此类叠层板力学特性的半数值半解析方法。为了验证该方法的正确性,采用有限元软件对层合板的动力学特性进行了数值仿真,结果表明该研究的模型具有较高的精度,研究中还采用该方法分析了孔隙率等材料参数对叠层板动力学特性的影响。