材料属性温度相关变厚度FGM圆板自由振动DQM求解

基于一阶剪切理论和哈密顿原理,研究了功能梯度材料(FGM)变厚度圆板在热环境中的自由振动问题。假设材料性质沿厚度幂指数连续变化且材料属性与温度相关,推导了问题的运动微分方程。用微分求积法(DQM)计算了变厚度FGM圆板横向振动的无量纲频率,并与各向同性等厚度圆板的固有频率进行了比较。讨论不同均匀和非均匀温度场、材料梯度变化、厚度系数变化以及不同边界条件对FGM圆板固有频率的影响。     

热环境中功能梯度材料圆板的自由振动

基于von Kaman经典板理论,建立了功能梯度材料圆板在升温场内的大挠度动力学控制方程.将控制方程的响应分解为热过屈曲静态解和振动解两部分,得到了功能梯度材料圆板在热过屈曲平衡构形附近小振幅线性自由振动的微分方程.采用打靶法同时求热过屈曲和振动问题的控制方程,得到了随温度载荷变化的热过屈曲平衡路径以及前三阶固有频率的数值解.分析和讨论了板的材料梯度参数、温度场分布参数、边界条件等因素对过屈曲变形和振动响应的影响.分析中考虑了功能梯度板的组份材料的物性参数对温度的依赖性.     

基于Mindlin理论的齿轮横向振动模型

针对圆柱齿轮中心带孔,厚径比已经不在经典的薄板理论范围之内的结构特点,将其分别简化为直径等于分度圆、齿顶圆和齿根圆的中厚圆环板。基于Mindlin理论,推导了在自由边界条件下中厚圆环板横向振动频率方程,利用MATLAB软件对频率方程进行求解,并与有限元方法计算结果和实验测试结果对比分析。结果表明：只有将齿轮简化为直径等于分度圆的中厚圆环板时,三者结果才基本相符,从而验证了简化模型的可行性。该结论对超声珩齿振动系统设计具有一定的理论指导意义。     

热环境中功能梯度圆板的非线性动力响应分析

研究了热环境中功能梯度圆板在横向简谐激励作用下的非线性动力响应和动应力问题。针对陶瓷-金属功能梯度圆板, 考虑几何非线性、材料物理性质参数随温度变化及材料组分沿厚度方向按幂律分布的情况, 应用虚功原理给出了热载荷与横向简谐载荷共同作用下的非线性振动偏微分方程。在固支无滑动的边界条件下, 利用伽辽金法得到了达芬型非线性强迫振动方程。通过数值算例, 给出了关于体积分数指数的分岔图, 相图、Poincare映射等响应图以及动应力变化规律图, 讨论了材料体积分数指数和温度场对功能梯度圆板非线性动力响应的影响。结果表明: 热环境中功能梯度圆板随体积分数指数的变化可使系统出现周期响应、倍周期响应和混沌响应。功能梯度圆板中心处动应力在系统发生分岔或出现混沌响应时出现大幅变化, 而且在混沌响应时具有不可预测性。      

功能梯度材料圆板的三维弹性分析

基于线弹性理论的基本方程,选用两个位移分量和两个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度材料轴对称圆板的三维状态方程.根据微分求积法,将状态方程在径向进行离散,考虑周边固支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的轴对称弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法.并且给出了功能梯度材料三维圆板的静动态响应受组分材料分布以及板厚径比变化的影响规律.     

均匀热载荷作用下功能梯度圆板的非线性振动

基于经典板理论,研究了热载荷作用下功能梯度圆板的大幅振动问题。在经典板理论下利用物理中面概念,导出了功能梯度圆板的非线性运动方程。利用Ritz-Kantorovich方法消去时间变量,将非线性运动方程转换成了一组关于空间变量的非线性常微分方程。采用打靶法数值求解所得方程,并利用数值结果研究了热载荷作用下功能梯度圆板静态响应的影响和振幅、材料梯度参数、热载荷以及边界条件等对功能梯度圆板振动行为的影响。研究表明:热变形的存在使周边夹紧与简支FGM圆板的振动响应及线性振动与非线性振动行为均有显著不同。热过屈曲变形板的硬化是有限度的,过大的热过屈曲变形也会降低FGM圆板的刚度。     

基于三阶剪切变形理论的压电功能梯度板静力学等几何分析

针对压电功能梯度板的静力学问题,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,定义功能梯度板的材料属性为板厚方向的幂函数分布,并假设压电功能梯度板中的机械位移场与电势场相互独立.利用压电材料的第二类本构方程以及哈密顿变分原理,推导出压电功能梯度板的相关等几何有限元方程.在压电功能梯度板的自由振动分析中,研究...     

功能梯度矩形板的强非线性共振分析

针对陶瓷-金属功能梯度矩形板,在给出非均匀材料应力-应变关系及非线性几何方程的基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。对于四边简支约束功能梯度矩形板,通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了关于时间自变量的达芬型强非线性振动方程。针对强非线性系统的主共振问题,应用改进的多尺度法进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。通过数值算例,给出了功能梯度矩形板共振下的幅频曲线图和相图,讨论了激励幅值及频率等参数对系统非线性振动特性的影响,并对改进多尺度法和经典多尺度法的结果进行了比较。     

形状记忆合金纤维正交各向异性层合矩形板的非线性弯曲振动

研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率, 建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程, 基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论, 建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有三次非线性项的Duffing型常微分方程, 采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明: 非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征, 马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著, 同时也讨论了SMA纤维含量、 板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。      

四边弹性约束FGM矩形板面内自由振动的DQM求解

假设矩形板为正交各向异性,材料的物性沿矩形板的宽度方向按幂律连续分布,基于二维线弹性理论,建立了四边弹性约束功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)矩形板面内自由振动的控制偏微分方程。控制方程为复杂耦合的变系数偏微分方程,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)数值研究了四边弹性约束FGM矩形板面内自由振动的无量纲频率特性。通过设置弹性刚度系数为0或∞,梯度指数为0,问题退化为各种典型边界下矩形板的面内自由振动,与已有的各向同性矩形板自振频率结果进行比较,结果表明分析求解方法行之有效。最后考虑了FGM矩形板边界条件、长宽比、梯度指数及刚度系数对自振频率的影响。     

考虑地基耦合效应时含裂纹中厚矩形板的自由振动分析

基于Hamilton变分原理,考虑板的横向剪切变形和地基耦合效应,建立了双参数地基上含横向表面贯通裂纹的中厚矩形板的运动控制方程。构造了满足边界条件及裂纹处连续条件的挠度函数,然后应用伽辽金方法进行求解。算例中,讨论了裂纹位置和深度的变化对弹性地基上四边自由中厚矩形板的自由振动特性的影响。     

功能梯度圆板的三维瞬态热弹性分析

基于线性热弹性理论的基本方程,采用两个位移分量,两个应力分量,温度变量和一个热流分量作为状态变量,应用状态空间理论,建立了功能梯度材料轴对称圆板结构在动态热载荷作用下的状态方程,考虑了运动惯性项以及热传导过程中的耦合效应,根据微分求积法,将状态方程沿径向进行离散.采用Laplace变换和打靶法,数值求解了材料常数按幂率变化的周边固支圆板在热冲击下的热响应.为求解功能梯度结构三维热弹性瞬态响应提供了一种方法.分析了组分材料分布对功能梯度圆板的热响应行为,包括板内温度变化,横向挠度以及板内应力分量的影响规律.     

功能梯度板的振动功率流特性分析

根据功能梯度复合材料矩形板的基本动力方程,基于模态叠加法求出简谐激励载荷作用下功能梯度板横向振动位移,结合结构振动功率流方程,研究功能梯度材料矩形板的振动及输入和传播功率流特性。算例中,首先计算功能梯度板固有频率,并与数值解进行对比分析,验证了算法的准确性。然后研究了功能梯度板输入功率流特性,讨论了不同梯度指数对输入功率流特性的影响。并通过可视化方法计算得到了功率流在板中的传播特性,通过功率流矢量图和流线图描述了功能梯度板。     

旋转层合圆板的行波动力学特性分析

基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理,建立了旋转层合圆板动力学运动方程和相应的边界条件。运用伽辽金法对旋转层合圆板横向振动的行波动力学特性进行了模拟,给出了其前行波、后行波振动频率随层合圆板铺层几何特征、材料参数、旋转速度等的变化规律,并对旋转层合圆板几何和材料参数对其动力失稳临界转速的影响进行了讨论。     

中厚圆柱壳自由振动的动力刚度法分析

该文阐述了将动力刚度法应用于中厚圆柱壳的自由振动分析。从考虑横向剪切变形和转动惯量的中厚壳理论出发,将圆柱壳的振动分解为一系列确定环向波数下的一维振动问题。用常微分方程求解器COLSYS求解该一维问题的动力刚度,通过Wittrick-Williams算法及导护型牛顿法求得该环向波数下结构的频率和振型。由于求解动力刚度时使用COLSYS对控制方程进行了精确求解,所以该文方法是精确方法。数值算例验证了中厚圆柱壳壳段固端频率计数J0计算方法的可靠性。综合表明:应用动力刚度法对中厚圆柱壳自由振动进行分析是可靠、精确的。     

纤维增强粘弹性复合材料层合板的自由振动和应力分析

基于Reddy分层理论推导出纤维增强粘弹性复合材料层合板的动力学方程,得到了其自由振动频率和损耗因子;分析了自由振动时,纤维体积含量和纤维增强层厚度对自然频率和损耗因子的影响;且计算出了协调的横向应力,数值结果分析表明:结构频率和损耗因子随纤维体积含量的增加而增加;阻尼材料参数对结构损耗因子和横向应力影响较大,且阻尼材料模量存在最佳值;高阶模态下,较高的横向正应力是层合板脱层的主要因素。     

功能梯度材料Timoshenko型剪切梁的自由振动分析

基于Timoshenko梁理论,研究各向异性功能梯度材料梁的自由振动。假设材料参数沿梁厚度方向按同一函数规律变化,建立了功能梯度材料梁的振动方程,求得简支条件下其自振频率表达式。通过算例,给出指数函数梯度变化Timoshenko梁的自振频率和模态图,结果表明不同梯度变化对材料结构动力响应有较大影响。该方法为发展功能梯度材料梁的设计与数值计算提供了理论依据。     

功能梯度输流管的非线性自由振动分析

应用一个适用于管的高阶梁模型,分析并计算了功能梯度管在内流作用下的自由振动问题,该模型能够满足管内外表面剪应力为零的边界条件。基于该模型和哈密顿原理,得出了管道振动的控制方程。然后利用Galerkin方法将非线性偏微分控制方程离散,保留一阶振型,采用多尺度法得到了管道振动的自然频率和非线性频率的解析表达式。最后数值计算验证了方法的正确性,并且分析了内流流速、管厚和功能梯度参数等对管道振动频率的影响。     

基于代理模型的指数型功能梯度板固有频率优化

针对指数型功能梯度板的固有频率优化问题,提出一种基于代理模型的优化方法。采用一种基于自然邻近插值的无网格数值方法——自然单元法,建立功能梯度板的一阶剪切变形理论的自由振动分析格式。选取样本点,用自然单元法计算相应固有频率,然后基于此建立梯度指数-频率代理模型,采用Nelder-Mead单纯形法优化梯度指数使板的固有频率达到预设值。通过算例验证算法的计算效率和精度。结果表明,基于分段三次Hermite插值构造的代理模型具有较高的精度;基于代理模型的优化结果避免了多次调用自然单元法计算频率,提高了计算效率。      

温度影响下FGM圆环板的面内自由振动分析

基于二维弹性理论和Hamilton原理,假设材料物理性质随温度变化且沿圆环板径向按照幂律梯度分布,导出了温度影响下FGM薄圆环板面内自由振动的运动微分方程。用微分求积法(DQM)计算了温度影响下FGM圆环板面内自由振动的无量纲频率,并与各向同性材料圆环板面内自由振动的无量纲频率进行了比较,说明该分析方法的有效性。同时考虑了沿圆环板径向均匀升温和非均匀升温两种情况下,几何参数、材料性质和温度变化对面内自由振动频率的影响。