基于Mindlin板理论对悬臂板结构实施振动控制

将航天悬臂结构模化平板,基于Mindlin弹性厚板理论,采用波控制方法,对悬臂板的振动主动控制问题做了研究.板的振动描述为传播波和衰减波的叠加,弹性波入射到结构不连续处会产生反射波和透射波.根据板在波控制力施加处的广义位移和内力的连续性条件,确定了板中波的反射系数和透射系数.采用波控制方法,通过吸收结构振动的能量特别是高频传播波携带的能量,实现了对板横向位移的振动控制.分析研究了单位力扰动下悬臂板的振动问题.具体给出了PD反馈波控制器设计方法,并对实施PD反馈波控制前后的数值结果进行了分析讨论.     

篦齿对悬臂薄壁圆柱壳模态特性的影响研究

采用传递矩阵方法研究外壁带有周向篦齿(即密封齿)薄壁圆柱壳的模态振动特性。在悬臂边界条件下,首先基于Love壳体理论建立带篦齿薄壁圆柱壳的动力学方程,通过传递矩阵法和高精度的精细积分法对其模态特性进行分析,求得各阶模态对应的固有频率和三维模态振型,并通过有限元法对分析结果进行比较,最后讨论篦齿布置形式、篦齿高度和篦齿道数对悬臂薄壁圆柱壳振动特性的影响。结果表明,传递矩阵法适合于求解带篦齿悬臂薄壁圆柱壳的模态振动特性,篦齿结构的布置形式、高度和道数均对薄壁圆柱壳构件的振动特性有较大影响。     

多种激励环境下智能结构振动控制实验验证研究

跨度大、薄且阻尼小的悬臂结构易受到外界复杂环境干扰,导致悬臂结构产生的振动很难在短时间内减小到零。以压电智能悬臂梁为研究对象,在随机激励环境、风变环境和温控环境下,开展智能结构的振动控制实验研究工作。基于极点配置控制和最小方差自校正控制的理论,实验研究多种激励环境下智能结构产生的振动得到有效控制的方法,对比多种激励环境下智能结构振动控制结果,分析多种激励环境下智能结构振动控制效果。实验结果表明多种激励环境下智能悬臂结构产生的振动在采用自适应控制后得到了更为有效的控制,这为柔性结构的动力学设计、寿命延长及减振降噪问题提供了更为有效的理论和技术支持。     

磁场作用下轴向运动功能梯度Timoshenko梁的振动特性

轴向运动结构的工程振动问题一直是动力学领域中的重要课题之一。为了更全面地分析工程中的振动,针对磁场作用下轴向运动功能梯度Timoshenko 梁的振动特性展开论述。基于梁的动力学方程组和相应的简支边界条件,应用复模态方法,得到不同参数时固有频率和衰减系数与轴向运动速度的对应关系。采用微分求积法分析磁场作用下前四阶固有频率和衰减系数随轴向运动速度的变化,并与复模态方法的结果进行对比验证。数据结果表明复模态方法得到的结果是精确解析解。衰减系数呈现不对称性,耦合固有频率呈现分离性。随着轴速、磁场强度和功能梯度指数的增大,梁的固有频率减小;随着支撑刚度参数的增大,梁的固有频率增大。     

悬臂Kagome夹心板独立模态空间振动控制研究

针对悬臂板挠度大、低频振动突出问题,对悬臂Kagome夹心板的振动主动控制进行研究。建立结构及压电作动器有限元模型;将独立模态空间控制与模态观测器相结合,提出悬臂Kagome夹心板的主动控制策略;针对突风载荷作用下夹心板基于独立模态空间的振动控制进行仿真,重点研究观测器极点对控制效果影响。结果表明,所提控制方法能显著提高悬臂Kagome夹心板结构的阻尼特性,观测器衰减系数越大控制效果越好;该夹心板在振动控制方面较传统板结构优势明显。     

弹性圆柱壳结构振动有源控制理论分析

以两端为简支边界条件的弹性圆柱壳为研究对象,基于Donnell—Mushtari的壳理论分析了圆柱壳自由振动固有频率和结构模态,应用模态叠加方法得出圆柱壳在简谐点力激励下的响应。采用不同控制策略,对圆柱壳结构振动进行有源控制,并结合二次最优理论建立圆柱壳振动有源控制理论模型,得出不同控制策略下的最优次级力。基于所建模型进行计算机仿真,对两种控制策略下圆柱壳结构振动有源控制进行比较分析,所得结论对圆柱壳结构有源控制相关研究具有参考意义。     

复杂边界条件板壳耦合结构振动分析

板壳类结构在工程领域被广泛应用,使得板壳耦合结构动力学特性成为备受关注的研究话题。针对现有研究方法在复杂耦合结构动力学特性分析方面的局限性,构建复杂边界条件下板壳耦合结构振动分析模型,采用二维改进傅里叶级数对弹性板和圆柱壳结构各位移函数分别进行描述,复杂边界条件通过不同组合的弹性约束来模拟,并依赖四类耦合弹簧充分考虑结构之间弯矩、横向剪力、面内纵向力以及面内剪切力的机械耦合效应,进而基于哈密顿原理和瑞利-里兹方法得到板壳耦合结构系统的特征方程与振动响应。研究结果表明,该方法预测板壳耦合结构模态参数优于文献结果,预测强迫响应结果与测试结果吻合良好,验证了该分析方法的正确性。建立的板壳耦合结构分析模型可适用于各类复杂边界条件,无需重新进行理论推导和计算程序编写,是一种可靠而高效的分析手段,可为开展复杂耦合结构的振动分析与动力学设计提供通用性的分析模型基础。     

Timoshenko梁的行波与模态的混合控制方法

基于Timoshenko梁理论，采用行波控制和独立模态空间混合方法。对悬臂梁的振动主动控制问题进行了研究。采用行波方法实现了对Timoshenko梁结构的振动控制。首先。采用模态控制方法，控制低频振动。而后，采用行波控制方法吸收高频振动能量，实现结构的振动控制。可见，行波／模态混合控制提高了振动控制精度和系统的鲁棒性。本文给出了悬臂梁振动的混合控制策略，最后给出了数值仿真结果。     

失谐连续双跨梁结构振动特性的理论和实验研究

基于Euler-Bernoulli梁理论建立了双跨梁结构的动力学模型,采用模态分析方法求解动力学方程,根据边界条件获得双跨梁的频率方程,由此求解出双跨梁的固有频率,以此为基础进一步得到结构各点的时间响应历程曲线。针对双跨梁的两跨长度不等长造成的结构尺寸失谐,分析了不同跨长比对结构振动特性的影响,将理论计算结果与有限元仿真和实验结果进行比较,得到了较好的吻合。研究结果对于工程领域中失谐双跨梁结构的动力学分析和设计具有一定的参考价值。     

基于有限点振速分布设计误差传感策略

误差传感策略是实现主动结构声学控制的关键的一环。在中低频率时，控制振动结构前几阶声辐射模态可以有效控制总声功率，基于声辐射模态进行板结构主动声学控制的关键是如何获得前几阶声辐射模态伴随系数。在振动平板上测量少数点振动速度分布，利用声辐射模态性质，通过求解欠定方程，得到所需要的前N阶声辐射模态伴随系数。利用得到的前N阶声辐射模态伴随系数作为控制器的输入，形成基于声辐射模态的主动控制策略和相应的误差传感策略。以固定支撑板为例，从主动控制效果分析得到的结果与理论值一致，说明利用上述误差传感策略得到前几阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

实体退化板单元及其在板的振动分析中的应用

经典板壳单元是由板壳理论构造出来的,而经典的板壳理论是在空间弹性理论的基础上考虑板壳的基本假定得来的。在空间等参数单元的基础上,直接引入板壳的基本假定,修改空间等参数单元的弹性矩阵,从而构造出适合于厚薄板壳分析的20结点实体退化板单元,并将其应用于开口圆柱薄壳的静力分析和厚薄板的固有振动分析。数值算例表明,该单元收敛快,稳定性好,具有较高的精度。此外,该单元还可以用于曲边变厚度板、壳体及层合板的振动分析。     

考虑芯层横向变形的粘弹性复合材料夹层板结构的声振特性分析

夹层板结构具有很高的比强度和比刚度。若芯层采用粘弹性阻尼材料，夹层板结构还具有良好的隔振和隔声特性，因此在工程结构中得到广泛应用。以往的夹层板理论大多忽略了芯层的横向正应变和横向正应力，在分析芯层较厚的夹层板或者夹层结构的高频振动问题时由于不能体现芯层的横向压缩变形，往往显得不够合理。针对这一不足，构造了一个复合材料夹层板单元：夹层板的上下面板采用基于一阶剪切变形理论的Mindlin假定以及层合板理论进行分析；采用文献[6，7]中提出的Timoshenko层合厚梁理论构造了单元每边的转角和剪应变场，消除了Mindlin板单元当板厚变小时的剪切锁死问题；假定芯层的位移沿厚度方向线性变化，并用上下面板的自由度表示，最终形成以上下面板自由度表示的系统总的运动方程。该单元不仅考虑了芯层的横向剪切变形，还考虑了芯层的横向压缩变形。数值计算结果表明：无论对于静力问题、动力问题还是声辐射等问题，考虑芯层的横向压缩变形是合理的，也是有必要的。     

基于混合单元建模的复合板热诱导结构振动研究

针对复合板的热诱导结构振动问题，提出一种新的混合单元计算模型，将三维和二维单元组成混合单元，利用不同类型单元体现复合结构中不同的材料特性，实现对真实复合结构物理特征的高精度模拟。在此基础上基于虚功原理建立了三维形式的复合板瞬态热弹性动力学方程，利用该方法对空间大尺度复合薄板的热诱导扰动进行研究。仿真结果表明，结构固有频率和热容是决定热诱导振动发生的主要内囚，对于一些刚度较大的空间复合薄板，由于空间约束环境弱，整体频率低易发生热诱导结构振动。本研究对于空间大尺度复合平板结构的工程设计具有一定的参考价值。     

3-D free vibration analysis of thick functionally graded annular sector plates on Pasternak elastic foundation via 2-D differential quadrature method

Early studies on annular sector plate vibrations were focused on two-dimensional theories, such as the classical plate theory and the first- and the higher-order shear deformation plate theories. These plate theories neglect transverse normal deformations and generally assume that a plane stress state of deformation prevails in the plate. These assumptions may be appropriate for thin plates. In this paper, free vibration of thick functionally graded annular sector plates with simply supported radial edges on a two-parameter elastic foundation, based on the three-dimensional theory of elasticity, using differential quadrature method for different circular edge conditions including simply supported-clamped, clamped–clamped, and free-clamped is investigated. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method and series solution is adopted to solve the equations of motion. The material properties change continuously through the thickness of the plate, which can vary according to a power law, exponentially, or any other formulations in this direction. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. The new results can be used as benchmark solutions for future research.     

Combined numerical–experimental model for the identification of mechanical properties of laminated structures

A combined numerical–experimental method for the identification of six elastic material modulus of generally thick composite plates is proposed in this paper. This technique can be used in composite plates made of different materials and with general stacking sequences. It makes use of experimental plate response data, corresponding numerical predictions and optimisation techniques. The plate response is a set of natural frequencies of flexural vibration. The numerical model is based on the finite element method using a higher-order displacement field. The model is applied to the identification of the elastic modulus of the plate specimen through optimisation techniques, using analytical sensitivities. The validity, efficiency and potentiality of the proposed technique is discussed through test cases.     

钢结构厚板的冲击韧性研究

随着钢材在我国大跨度桥梁工程中广泛应用,钢材板厚也日益增加。对于厚板钢材,厚度增大使钢板的应力应变状态发生变化,中心偏析现象严重,更容易降低钢板厚度方向的韧性,且在低温环境下,这种现象表现尤为突出。而现行相关规范缺乏对厚钢板冲击试验规定。根据厚板低温冲击韧性试验数据,对钢板厚度变化对冲击韧性影响进行了探讨,并且利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合,为钢结构厚板工程中冲击韧性取值提供参考作用。     

厚薄通用板元在厚筏基础中的应用

Timoshenko厚梁理论提供了随梁厚变化的剪应变函数,将其应用于厚板中,得到板剪应变场,此外,假设整个板元的挠度场为不完全四次式,引入广义协调理论,建立了两个变量场的协调方程,从而构建了一个无剪切闭锁的厚薄通用板元。在此基础上,利用最小位能原理,得出考虑转角支撑作用的厚筏基础和Winkler弹性地基的共同作用方程。最后,将其首次应用于实际工程的分析中。     

弹性力学Hamilton体系下的稳定问题

通过在Hellinger-Reissner广义势能中引入应变的非线性项,推导出了弹性力学Hamilton体系下的屈曲基本方程。并运用弹性力学方程组一般解的统一理论给出其一般解。最后作为例子,给出了两端简支的梁、组合梁和四边简支板、组合板的临界载荷,并与经典解做了比较。结果是严格弹性力学意义(没有引入任何几何变形假设)下的精确解。为衡量各种计入剪切变形的薄板、中厚板理论的准确性提供了一个标准。     

Free Vibration Analysis of Folded Plate Structures by the FSDT Mesh-free Method

Based on the first-order shear deformation theory, a mesh-free Galerkin method for free vibration analysis of stiffened and un-stiffened folded plates and plate structures is presented in this paper. The folded plate or plate structure is modelled as a composite structure that consists of flat plates. The stiffness and mass matrices of the flat plates are derived based on the mesh-free formulation. To avoid the failure of direct superposition, a treatment is introduced to modify the stiffness and mass matrices. The global stiffness and mass matrices of the entire folded plate or plate structure are then obtained by superposing the modified stiffness and mass matrices of the flat plates. The analysis of the stiffened folded plates or plate structures proceeds in a similar fashion, as they are regarded as composite structures of stiffened and un-stiffened flat plates. The stiffness and mass matrices of the stiffened flat plates are also given by the mesh-free method. As no meshes are used in deriving the stiffness and mass matrices, the proposed method is more flexible in studying problems for which remeshing is inevitable with the finite element methods. Several numerical examples are computed with the proposed method to demonstrate its accuracy and convergence. The results show good agreement with the solutions that have been given by other researchers and ANSYS.     

正交各向异性厚板振动分析的边界积分方程法

本文采用正交各向异性厚板静力问题的基本解作为边界积分方程的核函数,利用加权残数法建立了正交各向异性厚板振动分析的边界积分方程。文中详细地讨论了边界积分方程的数值处理过程并给出了若干数值算例以论证本文方法的正确性。