薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

非线性弹簧支承悬臂输液管道的分岔与混沌分析

研究悬臂输液管道系统在自激励、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学行为,揭示系统运动的规律。建立了非线性弹簧支承悬臂输液管道的运动微分方程,以线性弹簧支承条件下悬臂梁的固有频率和振型函数作为近似,采用李兹-伽辽金方法对非线性运动微分方程进行离散化,经过数值计算,利用分岔图、相图和功率谱图分析系统的非线性动力学响应,得到了流体平均流速和流体与管道质量比对系统周期运动和混沌运动的影响规律。研究结果表明,当流体平均流速较小时,系统的响应首先表现为周期运动,随着流体平均流速的增大,系统的响应通过系列倍周期分岔而进入混沌运动,又经由系列倍周期倒分岔转化为周期运动。随着流体与管道质量比的减小,系统出现混沌运动的临界流体平均流速值减小,这说明通过改变流体与管道质量比参数可以控制系统的振动形态。     

多圆盘转子系统的周期运动及其稳定性分析

采用短轴承理论方法 ,把油膜力作为转子系统的约束力加入到转子的动力学方程中 ,分析了多圆盘转子系统在非线性油膜力作用下的周期性运动及稳定性。对转子系统的周期运动 ,使用近似级数表达形式 ,对于非线性的油膜力 ,根据周期运动的特点 ,采用周期级数展开形式 ,求解了非线性动力学方程 ,得到了转子的周期运动轨道。在分析周期运动的稳定性时 ,采用谐波平衡方法 ,得到转子周期运动的稳定条件 ,为工程设计提供了一定的依据。最后对刚性非平衡对称支承单圆盘的周期运动及稳定性进行了数值模拟 ,证明了本文方法的有效性     

密封进口涡动系数对转子系统动力学性能的影响

利用数值方法,通过求解基于Bulk-flow模型的液体环状动压密封控制方程,得到了不同密封进口涡动系数下液体环状动压密封的动力特性系数。结合液体动压环状密封的流体动反力模型,建立了考虑液体动压环状密封动力学特性的系统运动方程,通过理论分析导出了表征系统动力学性能的模态阻尼与频率、振幅对数衰减率以及动力放大系数等的解析表...     

亚音速超空泡射弹尾拍动力学响应分析

超空泡射弹在运动过程中存在尾拍现象,在高速运动条件下,水的可压缩性是影响射弹尾拍运动的主要因素之一。文中考虑了流体与结构相互耦合的影响,建立了射弹尾拍运动的无约束动力学方程,使用有限元法求解得到了超空泡射弹在尾拍载荷作用下的动力学响应,并研究了马赫数对射弹动力学响应的影响。研究结果表明：亚音速条件下,流体的可压缩性使超空泡射弹刚体转动和弹性振动位移的周期和幅值增大;流体的可压缩性对结构弹性位移响应的影响随马赫数的增大而逐渐增大。     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的主共振与奇异性

通过Galerkin方法，将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法，求得了系统满足主共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动，并对其进行数值计算，分析了激振力、调谐值、阻尼系数、非线性参数对系统的影响。对主共振定常运动分岔响应方程进行了奇异性分析，得到了开折参数平面的转迁集和分岔图。揭示了一些新的动力学现象。     

绳索牵引式并联机器人神经网络PID控制

分析了一种6绳索6自由度的绳索牵引式并联机器人,基于齐次变换矩阵法建立了机器人运动学和动力学模型,根据其动力学模型及传统PID控制器,基于BP神经网络设计了BP神经网络PID控制器,机器人在运动过程中通过BP神经网络调整PID参数。最后通过仿真将其控制结果与基于传统PID控制器的控制结果进行对比,得出这种控制方法能够提高绳索牵引式并联机器人的控制精度和响应速度。     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的3次超谐波共振与奇异性

通过Galerkin方法,将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法,求得了系统满足3次超谐共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动,并对其进行数值了计算。对3次超谐共振定常运动分岔响应方程进行了奇异性分析,得到了开折参数平面的转迁集和分岔图。揭示了一些新的动力学现象。     

考虑绳索质量和惯性力影响的绳牵引并联机器人

该文研究了高速大跨度冗余驱动绳牵引并联机器人的动力学建模和张力优化分布。首先,建立了基于有限元思想的绳索动力学模型;其次,推导了包含绳索动力学影响的绳牵引并联机器人的动力学方程;继而,以绳索张力方差最小为目标,得到了适用于冗余驱动绳牵引并联机器人的张力优化分布模型;进而,在优化模型的基础上,提出了一种以直线模型的索长和张力为迭代初始值,以绳索垂度不发生改变为终止条件的绳索张力迭代优化算法,实现了绳索张力的优化求解;最后,通过算例仿真说明了考虑绳索质量和惯性力影响的必要性,并且验证了算法的收敛性、有效性和合理性,为绳牵引并联机器人的力控制奠定了理论基础。     

计及变形耦合项的平面柔性梁动力学建模及频率分析

考虑了变形产生的几何非线性效应对作大范围运动的平面柔性梁的影响，在其纵向、横向的变形位移中均考虑了变形的二次耦合变量，从非线性应变-变形位移的原理出发，说明增加耦合变量后。使得剪应变近似为零，由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。考虑两个方向的变形耦合后，采用有限元离散，通过Lagrange方程导出系统的动力学方程。最后对一作旋转运动的平面柔性梁进行仿真计算，并对其固有频率进行分析研究。将本文模型所得的结论。与一次耦合动力学模型、零次近似模型进行比较，说明了三种模型的差异。得到了作旋转运动的平面柔性梁的一些新特点。     

横向补给系统高架索在一重和双重内共振下的面内振动

考虑集中质量在高架索上的位置的影响,建立了横向补给高架索系统的面内振动的非线性动力学方程。利用Galerkin方法对高架索偏微分模型进行离散,得到了系统面内振动的直至3阶的标准动力学控制方程。分析了补给过程中,集中质量位置的变化对高架索系统的面内振动的前3阶模态频率的影响,系统的模态频率呈现类似滞回非线性的特征。同时还利用数值方法对1：1：2双重内共振及1：2内共振情况下系统的参数激励振动的非线性动力学行为进行了分析,得到了系统的前3阶模态振动的时间历程曲线和运动相图。研究结果表明,在高架索系统发生内共振时,系统面内振动以前2阶模态振动为主,且存在复杂的倍周期运动现象;而对于1：2内共振情况,只有第1阶模态振动的幅值较大。     

The dynamic analysis of a suspended cable due to a moving load

The dynamic behaviour of a saggy suspension cable under a moving load was investigated. First of all, the updated Lagrangian formulation and the finite element method were used to derive the property matrices of a saggy suspension cable in order to define the discretized equations of motion. Then, the Jacobi method was applied to the determination of the natural frequencies and the mode shapes of the suspended cable. The moving-load-induced dynamic responses of the saggy suspended cable were obtained by using the Newmark direct integration method incorporated with the Newton–Raphson iteration technique. The influence of some pertinent factors, such as speed of moving load, ratio of axial rigidity to total cable weight (AE/⁰m?g⁰L) and ratio of moving load mass to total cable mass, is the key point of the dynamic analysis.     

Pressure and flow in fluid films constrained between translating and vibrating flexible surfaces

In this paper, the dynamic pressure and flow developed in a two-dimensional, viscous fluid film constrained between flexible surfaces are analyzed. The problem formulation assumes that the response of the flexible surface is governed by linear equations of motion, and the fluid motion is governed by linearized momentum equations including the unsteady inertia. Three states of the model are developed to describe the coupled fluid-structural response problem. The fluid dynamic pressure is derived in the frequency domain as a function of the fluid impedances and the surface transverse vibrations. The perturbed, coupled problem is described by an integral equation (in state vector form) that governs the coupled responses of the flexible surfaces. The integral equation is solved by a discretization method. The analysis is applied to a rigid slider bearing with a flexible, translating plate surface under the excitation of a harmonic point load. The accuracy of the discretization method is evaluated, and numerical results for the dynamic pressure and the plate response are presented.     

双链式悬索桥地震反应特征研究

双链式悬索桥采用钢加劲梁和钢筋混凝上索塔,使得阻尼在全桥中呈非经典阻尼耗能特性,导致主坐标系中的运动方程耦联。基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性。考虑几何非线性及非经典阻尼因素,对一座双链式悬索桥进行了地震反应谱和时程反应分析。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就同跨度同矢高的双链式悬索桥和单链式（普通式）悬索桥地震反应进行对比分析,揭示双链式悬索桥地震反应特征。双链式悬索桥地震反应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及抗震加固设计都有重要的工程意义     

饱和两相介质近场波动问题的一种时域全显式数值计算方法

基于 u -p形式的饱和两相介质弹性波动方程,开展了饱和两相介质近场波动问题时域显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量矩阵和孔隙流体压缩矩阵进行对角化处理,消除了方程中的动力耦联,实现了波动方程的解耦。分别应用中心差分法和Newmark常平均加速度法求解固相位移和速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,推导得到了饱和两相介质动力响应的时域显式逐步积分的计算列式,建立了饱和两相介质近场波动问题的一种新的时域全显式数值计算方法。进行了该文方法中矩阵对角化合理性的验证。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该文建立的时域数值计算方法与透射人工边界方法相结合,应用于饱和两相介质的近场波动问题,进行了饱和土场地地震响应的计算研究,计算结果符合弹性波动理论的基本规律,表明该方法对于饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的适用性。基于该方法中时域递推计算格式的传递矩阵,进行了该方法稳定性特性的研究。该文建立的数值计算方法具有时域全显式算法的基本特征。方法中对动力响应的全部分量均采用递推和迭代的模式进行求解,避免了求解耦联的动力方程组。该方法具有较高的计算效率,是进行饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的一种有效的算法。     

索-曲梁组合结构的面内振动

研究了索-曲梁组合结构的面内动力特性。首先利用Hamilton变分原理得到索-曲梁的线性运动方程以及索-曲梁组合结构的边界条件,然后在给定位移边界条件下通过解析求解得到索、曲梁各自的特征值,进而可以确定组合结构的固有频率。最后讨论了索的倾角和曲梁半径以及曲梁的不同截面对组合结构固有频率的影响,并且与有限元结果进行了对比。结果表明固有频率与索与曲梁的质量比、曲梁半径以及索的倾角有关。     

带滞变支撑悬臂输流管的动力响应分析

将滞变支撑所做的虚功引入到管道的能量方程中,利用Hamilton体系的变分原理,导出了带滞变支撑悬臂输流管的非线性运动方程。进而利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,以Matlab为平台编制了带滞变支撑悬臂输流管流致振动的计算程序。通过滞变支撑退化模型与现有文献结果比较,验证了本文模型的有效性;随后,考察了该系统的动力学行为,并分析了滞变支撑刚度对悬臂输流管稳定性的影响。结果表明,滞变支撑悬臂输流管表现出丰富的动力学行为,刚度的变化不仅使使得系统的分叉类型、分叉方式与分叉路径发生了的显著变化,也改变了周期运动的周期数,并使其出现复杂响应的参数范围发生了改变。     

大跨度斜拉桥颤振主动控制研究

对受气动荷载作用的大跨度斜拉桥进行分析,对安装主动质量阻尼器（ＡＭＤ）的斜拉桥建立了全桥的三维运动方程,采用实模态对运动方程进行降阶,并根据最优控制理论,对ＡＭＤ用于大跨度斜拉桥的颤振实施主动控制进行了理论研究,推导了ＡＭＤ用于控制斜拉桥颤振的理论公式,并编写了相应的计算程序。最后,以一座斜拉桥为例,分析了ＡＭＤ对颤振的主动控制效果。     

风雨激振中拉索与水线耦合运动规律研究

在建立了水线运动与拉索振动相互耦合的三维连续弹性拉索风雨激振理论模型的基础上,通过振型分解,得到了以拉索各阶振型表示的拉索运动微分方程。利用该理论模型对实际拉索发生风雨激振时拉索和水线的运动规律进行了分析,结论表明:拉索风雨激振具有"限速"、"限幅"的特征;拉索的振动包含多阶拉索固有频率,拉索模态间相互耦合,并不断转化;水线沿拉索表面周向的运动具有一定的周期性,运动时程曲线并非呈正弦规律,其运动频率与拉索振动频率基本一致;水线沿拉索轴向分布不是一条直线,处于平均竖向气动力突降区的水线长度对拉索的振幅有较大的影响。