基于分数阶导数的沥青胶浆动态力学特性

通过对粉胶比为0.62、0.82、1.02、1.22和1.42的沥青胶浆在20℃、30℃、40℃和50℃条件下进行动态频率扫描试验,研究了不同粉胶比及试验温度条件下沥青胶浆复模量、抗车辙因子和相位角的变化规律。基于分数阶导数理论,建立了Nutting蠕变方程与经典分数阶导数Abel黏壶蠕变模型之间的关系,从而明确了Nutting蠕变方程各参数的物理意义。对分数阶Riemann-Liouville算子黏弹性蠕变本构模型的动态力学响应进行分析,提出了利用沥青胶浆动态频率扫描试验结果确定蠕变本构模型中参数A值和γ值的新方法。     

分数阶惯容悬架动态特性研究

采用分数阶微分理论描述液力式惯容器的力学特性，建立分数阶惯容悬架系统动力学模型。采用拉普拉斯变换方法研究分数阶惯容悬架系统在简谐激励下的动态响应，分析系统结构参数对悬架动态特性的影响规律，并结合数值解验证解析解的精确性。研究分数阶惯容悬架系统在随机路面激励下的动态特性，并与整数阶惯容悬架系统进行对比。结果表明相较整数阶惯容悬架系统，运用分数阶惯容悬架系统能进一步减小车身振动，提高系统动态特性。研究为将分数阶微分运用于惯容悬架系统提供理论指导。     

基于分数阶黏弹性模型的混凝土阻尼频率相关性研究

阻尼作为反映耗能特征的参数,对动态荷载下结构响应有重要影响。针对强迫振动条件下循环荷载形式对混凝土材料阻尼的影响,结合普通混凝土试验数据并收集152组文献测试结果,详细分析了混凝土材料阻尼与荷载频率的相关性。发现在低频范围时(<3.0 Hz),混凝土材料阻尼均随荷载频率增大呈非线性降低,与经典整数阶黏弹性模型计算规律不符。基于分数阶微积分理论对经典整数阶模型的导数阶数进行改进(0<导数阶数<1),发现修正后分数阶模型能够更好反映混凝土材料阻尼与循环荷载频率在低频时的非正相关性,导数阶数小于0.12,表明混凝土呈现弱黏弹性效应,为混凝土动态性能分析提供一种新的模型选择和参数参考。     

球形沼气池模具结构振动响应的黏弹性解

考虑土和模具结构的动力相互作用, 在频率域内研究了深埋球形沼气池模具结构的动力特性。根据黏弹性理论, 通过引入势函数得到了黏弹性土体的位移、应力等的解析解。将模具结构等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体, 根据黏弹性理论推导了模具结构振动响应的完全解析解。根据界面连续性条件, 确定了待定系数的具体表达式。将不同类型的黏弹性模具结构动力响应进行了对比, 并考察了分数导数本构参数、土体和模具结构各参数对系统动力特性的影响。结果表明:模具结构的黏性对系统动力响应有显著影响。随着壁厚的增加, 模具结构振动响应幅值减小;随着阶数的增加, 系统共振效应逐渐减弱;随着材料参数比的增加, 系统响应幅值减小。     

分数阶导数系统非平稳随机振动灵敏度分析的时域显式方法EI北大核心CSCD

分数阶导数模型是描述黏弹性材料本构关系的理想模型。进行了分数阶导数线性系统非平稳随机振动的灵敏度分析。建立分数阶导数系统动力响应的时域显式表达式;采用灵敏度分析的直接求导法或伴随变量法,推导系统动力响应灵敏度的时域显式表达式;提出分数阶导数系统响应统计矩灵敏度高效计算的时域显式方法。所提出的基于直接求导法和伴随变量法的时域显式方法,分别适用于少设计变量和多设计变量两种情况下的响应统计矩灵敏度分析。以非平稳地震激励下设置分数阶导数黏弹性阻尼器的层剪切结构为数值算例,验证了所提方法的计算精度和计算效率。     

黏弹性土中衬砌隧道振动响应的解析解

该文采用解析方法在频率域内对黏弹土层和衬砌结构简谐振动特性进行了研究。首先, 将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体, 根据黏弹性理论, 推导得到了简谐荷载作用下分数导数型黏弹性土层的位移和应力等解析表达式。其次, 建立了两种类型的衬砌运动方程:第一, 将衬砌结构视为均匀弹性介质, 研究了分数导数黏弹性土中弹性衬砌结构的动力特性;第二, 将衬砌等效为薄壁壳体结构, 利用Flügge薄壳理论, 得到了衬砌结构的运动方程, 并对分数导数黏弹性土和壳体衬砌的动力相互作用进行了分析。根据连续性边界条件, 得到了相关待定系数的表达式。再次, 与以往的解析解进行了对比。最后, 通过算例分析了土体和衬砌各参数对系统动力特性的影响, 结果表明:薄壁壳体衬砌结构条件下系统的动力响应大于均匀弹性衬砌结构条件下系统的动力响应;随着土体和衬砌模量比的增加, 响应幅值逐渐减小。分数导数本构参数对系统的动力特性有较大影响。     

分数阶微分双参数黏弹性地基矩形板动力响应

基于弹性地基Pasternak双参数模型,利用分数阶微分得到黏弹性地基双参数模型,并在此基础上建立采用分数阶微分Kelvin模型的双参数黏弹性地基上弹性和黏弹性矩形板在动荷载作用下的动力方程;利用Galerkin方法和分段处理的数值计算方法求解四边简支的弹性和黏弹性地基板的动力方程,通过自由振动算例验证该求解方法的正确性;并分析冲击动荷载作用下分数阶微分Kelvin模型的分数阶、粘滞系数、水平剪切系数和模量参数对位移响应的影响。结果表明：分数阶微分黏弹性模型可以描述不同黏弹性材料的力学行为;分数阶取值0.5前后,矩形板位移响应值出现了不同的衰减发展形态;粘滞系数、水平剪切系数和模量系数取值越大,位移响应衰减速度越快。     

考虑形状参数的分数黏弹性振子频响特性

黏弹性振子为描述黏弹性减振降噪结构的基本物理单元。针对传统黏弹性振子整数阶模型较差的试验拟合性和无几何标度性,提出了考虑形状参数的分数黏弹性振子模型及建立其动力学方程的一般方法,并推导出频响函数。以其中典型分数黏弹性振子（SFVEO）为例研究了频响特性及参数影响性。数值算例表明,幅频响应存在谐峰值,相频响应存在转折频率,两者均受系统参数（固有频率、分数阶数、形状参数和阻尼比）影响;固有频率、阻尼比和形状参数均在低频段对幅频响应有显著影响,分数阶数则在高频段存在明显影响;各参数对相频响应在低频段有明显作用。为黏弹性缓冲减振结构的设计和多目标优化提供理论参考。     

黏土蠕变非线性特性及其分数阶导数蠕变模型

针对黏土蠕变的非线性性质,以成都黏土为研究对象展开蠕变试验,发现黏土变形包括瞬时弹性变形、衰减蠕变变形、稳态蠕变变形和加速蠕变变形;黏土长期弹性模量随时间和应力的增加非线性软化;黏滞系数随应力的增加非线性软化,随时间的增加非线性硬化。基于流变学理论、分数阶微积分理论和Harris衰减函数,分别构建了分数阶导数元件、非线性弹性元件和非线性黏滞元件,从而建立了形式简单、参数较少和概念清晰的非线性分数阶导数蠕变模型。将非线性分数阶导数蠕变模型和Burgers蠕变模型进行对比拟合分析,发现非线性分数阶导数蠕变模型各阶段的拟合结果更好,对黏土非线性蠕变的描述更合理,可准确地反映黏土蠕变全过程,表明了所建立非线性分数阶导数蠕变模型的科学合理性。     

分数导数黏弹性准饱和土中球空腔振动特性

在频率域内用解析方法研究分析了简谐轴对称荷载和流体压力作用下分数导数黏弹性准饱和中球空腔的稳态响应问题。将土骨架等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于Biot两相饱和介质模型,通过势函数推导求得了边界部分透水时分数导数粘弹性准饱和土中球空腔的位移、应力和孔压等的解析解。根据界面连续性条件,确定了待定系数的表达式。在此基础上,考察了准饱和土各参数对动力响应的影响,结果表明：轴对称荷载和流体压力两种情况时,相对渗透系数对动力响应的影响有较大的差异。分数导数本构模型更合理地描述了准饱和土中球空腔的振动特性。     

基于分数阶导数的金属橡胶动态特性建模

金属橡胶材料具有非线性和黏弹性的动态特性.本研究用三次非线性函数描述其非线性特性,用分数阶三元模型描述其黏弹性,即分别用经典三元模型与分数阶三元模型,结合金属橡胶动态试验数据进行模型参数识别,发现分数阶三元模型能更准确地描述金属橡胶黏弹性力.不同振幅下金属橡胶迟滞曲线的拟合结果表明,分数阶模型可以较好地拟合不同工况条件...     

饱和横观各向同性分数导数黏弹性土中半封闭衬砌振动响应

在频率域内研究了饱和横观各向同性分数导数黏弹性土体中深埋圆形隧道半封闭衬砌振动响应问题。根据土体在长期沉积过程中存在各向异性的特点,将土骨架视为具有分数导数本构关系的横观各向同性黏弹性体,采用饱和多孔介质理论和弹性理论,利用衬砌内边界应力协调以及土体和衬砌界面处应力和位移连续,得到了简谐荷载作用下饱和横观各向同性黏弹性土和弹性衬砌的位移、应力和孔隙水压力解析表达式。考察了饱和经典弹性土、饱和分数导数性黏弹性土和饱和经典黏弹性土三种条件下饱和黏弹性土和衬砌各参数的影响,表明：横观各向同性面的弹性模量和衬砌厚度对系统动力响应的影响与分数导数阶数和土骨架的黏性有关;渗透系数较小时,系统存在明显的共振现象。另外,在三种条件下半封闭衬砌振动响应存在较大差异。     

基于粒子群算法的被动分数阶汽车悬架参数优化设计

利用粒子群算法研究了被动分数阶汽车悬架参数的优化设计。分数阶汽车悬架系统是指运动微分方程中含有分数阶微分项的汽车悬架系统。建立了被动分数阶悬架系统的仿真模型,利用Oustaloup滤波器算法实现了该模型中分数阶微积分的近似计算。利用粒子群算法寻找一组最优的悬架参数来协调汽车操纵稳定性和乘坐舒适性的关系以到达最优的悬架性能。对比原悬架系统和优化后悬架系统在A、B、C、D共四级路面输入下的响应及其频率特性。研究结果表明,利用该方法对被动分数阶悬架参数进行优化设计,在保证汽车操纵稳定性的前提下乘坐舒适性得到明显改善。     

饱和黏弹性土中圆柱形隧洞的振动特性

基于流体不可压缩饱和多孔介质理论,将衬砌视为具有分数导数本构关系的多孔黏弹性体,在频率域内研究了在内水压力作用下饱和黏弹性土和衬砌系统的振动特性。通过引入与孔隙流体体积分数有关的应力系数,合理地确定了隧洞边界衬砌和孔隙水共同承担的内水压力值。利用衬砌内边界上的边界条件以及衬砌和土体界面处应力和位移的连续性条件,给出了隧洞边界部分透水条件下饱和黏弹性土和分数导数型黏弹性衬砌系统简谐耦合振动时系统动力响应的解析解。结果表明:饱和黏弹土和衬砌结构的动力响应与衬砌材料的黏性有关;应力系数合理地确定了衬砌和孔隙水共同承担的内水压力值。     

饱和分数导数型粘弹性土-深埋圆形隧洞衬砌系统的动力特性

在频率域研究了分数导数型粘弹性饱和土体和深埋圆形隧洞弹性衬砌相互作用的耦合简谐振动。将土骨架视为具有分数阶导数型本构的粘弹性体,基于饱和多孔介质理论和平面弹性理论,分别给出了饱和粘弹性土、弹性衬砌简谐振动的解析解。通过弹性衬砌和饱和土接触面处的连续性条件和衬砌内边界条件,得到了饱和粘弹性土-衬砌系统的稳态动力响应,给出了衬砌和饱和粘弹性土位移、应力和孔隙压力的解析表达式。在此基础上,进行了参数研究,讨论了物理和几何参数对系统响应的影响。研究表明:饱和分数导数型粘弹性土-衬砌系统的动力响应与经典饱和弹性/粘弹性土-衬砌系统的动力响应差异很大。     

Delta机器人弹性动力学建模与模态分析

目的建立Delta机器人弹性动力学模型,研究其动态特性。方法基于有限元理论和Lagrange方程,充分考虑主动臂与从动臂的空间动力学特性与运动协调关系,建立Delta机器人系统弹性动力学模型;根据系统结构参数,制造装配出Delta机器人物理样机,对所建立的弹性动力学模型进行验证分析;利用Ansys Workbench对Delta机器人进行模态分析。结果动平台中心点位移的数值解与试验得到的结果吻合度较好,结合Matlab,对比系统的前6阶固有频率,最大频率误差为3.912%;元件刚性假设前后系统的最大频率误差为1.693%;确定了机器人从动臂为系统的薄弱环节。结论验证了Delta机器人系统弹性动力学模型的正确性及建模过程中静、动平台与转动关节刚性假设的合理性,且改善从动臂的结构参数能提高机器人的整体动态性能,为Delta机器人的结构优化和减振控制提供了理论依据。     

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称＂橡胶隔振器＂）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测试了一橡胶隔振器的动态特性,建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型,其中超弹性模型用于描述橡胶隔振器的弹性,分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性,摩擦模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性,文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态力-位移曲线,利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦模型的参数,利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相关性,并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。     

黏弹性土体中悬浮桩的纵向振动特性

将桩底下部土体视为虚拟土桩,桩周土体视为分数阶黏弹性介质,通过考虑桩土边界条件和连续条件,求解分数阶黏弹性土中悬浮桩的纵向振动响应。分析主要桩土力学参量对悬浮桩桩顶复刚度的影响。结果表明：分数导数的阶数对桩顶复刚度的实部和虚部有一定的影响,桩长越长土体对桩基的约束越大,本构模型参数越大,桩顶复刚度的实部越小,而模型参数对复刚度虚部的影响较为复杂。     

分数阶热弹性理论下中空黏弹性圆柱热弹耦合动力响应EI北大核心CSCD

基于Ezzat型分数阶广义热弹性理论,引入Kelvin-Voigt黏弹性模型建立了黏弹性中空圆柱热弹耦合动力模型,探讨了黏弹性中空圆柱热弹耦合问题。中空圆柱体内外表面均有一定约束,且在其外表面处施加热冲击作用。给出Ezzat型分数阶双相滞后广义热弹性理论下问题的控制方程,结合Laplace变换和数值反变换技术对控制方程进行求解,最终得到中空圆柱中无量纲位移、温度、径向应力和环向应力的分布规律,并分析了黏弹性松弛时间因子和分数阶系数对各物理量的影响。结果表明:黏弹性松弛时间因子对于无量纲温度外的所有物理量均有明显影响,但对径向应力和环向应力的影响更为明显;分数阶系数对于所有物理量均有明显影响,在曲线峰值或谷值处影响最显著。     

高速光驱粘弹性阻尼减振框架结构的动力学方程及有限元数值解

对安装有粘弹性阻尼器的高速光驱框架结构进行了理论建模，粘弹性阻尼器采用分数Kelvin固体模型，建立了高速光驱粘弹性阻尼减振框架结构的分数阶动力学有限元方程，并利用Newmark数值积分法得到了数值解