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.     

热环境下功能梯度圆柱壳振动特性分析

应用谱几何法研究了热环境下功能梯度圆柱壳自由振动和瞬态振动特性。采用边界弹簧技术模拟圆柱壳结构的任意经典或者弹性边界约束条件，并结合一阶剪切变形理论建立了考虑温度场作用的功能梯度圆柱壳结构能量泛函。采用谱几何法与周向傅里叶谐波函数乘积和的形式描述圆柱壳的位移容许函数，以克服不同边界条件下壳体位移函数微分在边界上存在的不连续问题。在此基础上，将位移容许函数代入至结构能量泛函，并采用 Ritz 法获得结构振动分析模型。数值分析结果表明，所构建分析模型能够快速准确预测功能梯度圆柱壳结构的振动特性。研究了幂律指数、温度、载荷等参数对功能梯度圆柱壳振动特性的影响规律，为其他数值分析方法研究提供参考。     

热环境下压电功能梯度板的非线性等几何建模与主动控制研究EI北大核心CSCD

压电材料的压电参数(应力、应变和介电参数)对温度均较敏感,且直接影响压电智能结构的工作性能。为更准确地探究热环境中上、下表面覆盖有压电层的功能梯度板的非线性力学行为和非线性主动控制问题,首先,在传统的线性压电本构方程中引入温度对压电参数的影响,基于一阶剪切变形理论(first-order shear deformation theory,FSDT)和Von Kármán理论建立压电功能梯度板(piezoelectric functionally graded plates,PFGPs)的非线性等几何分析(isogeometric analysis,IGA)模型,并通过相关算例验证该模型的正确性和有效性;其次,对多种载荷作用下板的自由振动和非线性静态弯曲响应进行分析;最后,利用位移-速度反馈控制方法研究板的非线性主动控制。研究结果表明,压电参数的温度相关性对PFGPs的自由振动、非线性静态弯曲响应以及非线性主动控制效果均有影响,且影响大小与压电层的厚度、梯度指数n和温度有关。     

基于等几何有限元法的功能梯度板自由振动分析

基于一阶剪切变形板理论,建立了分析金属-陶瓷功能梯度板自由振动问题的非均匀有理B样条(NURBS)等几何有限元格式。功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化。采用等几何有限元法,讨论了梯度指数、边界条件及长厚比对四种典型功能梯度材料(Al/Al2O3、Al/ZrO2、Ti-6Al-4V/Aluminum oxide和SUS304/Si3N4)板自振频率的影响。数值算例表明,等几何有限元法具有高精度和高收敛率优点,能有效求解功能梯度板的动响应。     

横观各向同性功能梯度材料矩形板的自由振动

考察了沿厚度方向材料和为非均匀的功能梯度横观各向同性矩形板的自由振动。通过引入两个位移函数和两个应力函数导出了两个独立的变系数状态方程,进一步利用分层反似理论,将变系数状态方程为常纱数状态方程并求解,发现存在两类的自由振动形式：第一类对应纯板内振动,第二类对应一般的弯曲振动。给出了数值结果,讨论了材料梯度指标对固有频率的影响。     

金属/陶瓷功能梯度悬臂板的振动抑制研究EI北大核心CSCD

提出了一种抑制功能梯度材料(functionally graded material,FGM)悬臂板振动的鲁棒控制方法。悬臂板的材料性能沿厚度方向按体积分数幂律进行梯度分布。采用经典层合板理论、一阶活塞气动力理论、Hamilton原理和Galerkin方法,推导气动力作用下功能梯度悬臂板的动力学方程。为了抑制板的振动,将压电片贴在FGM悬臂板的上下表面分别作为作动器与传感器,利用压电片的正逆压电效应,设计状态反馈控制器,引入全维状态观测器,形成功能梯度悬臂板动力学控制系统的闭环回路。在控制方案上,除了采用鲁棒控制方法外,还采用了线性二次型最优控制(linear quadratic regulator,LQR)方法对振动抑振效果进行对比分析。采用数值方法研究了体积分数指数和长宽比对FGM悬臂板振动特性的影响。通过比较不同体积分数指数、长宽比、温度以及参数不确定条件下的时间历程图和控制电压图,验证所提控制器的有效性和准确性。     

热环境下功能梯度材料板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支功能梯度材料板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了热传导以及组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数和热环境对固有频率及动力响应的影响。     

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...     

轴向功能梯度变截面Timoshenko梁自由振动的研究EI北大核心CSCD

功能梯度材料可以提高结构的强度、改善质量分布和保证工程结构的完整性,因此轴向功能梯度变截面梁已广泛应用于土木、机械和航空工程。提出了用插值矩阵法计算轴向功能梯度Timoshenko梁自由振动固有频率;基于Timoshenko梁理论,将轴向功能梯度Timoshenko梁自由振动固有频率的计算转化为一组非线性变系数常微分方程特征值问题;运用插值矩阵法可一次性地计算出轴向功能梯度变截面梁各阶振动固有频率,并可同时获取相应的振型函数。该方法对于材料梯度函数和截面几何轮廓的具体形式无任何限制条件,计算结果与现有结果对比,发现吻合良好,表明了该方法的有效性。     

热过屈曲正交异性圆(环)板的自由振动响应

基于vonKármán薄板几何非线性理论,建立了以中面位移为基本未知量的加热极正交异性圆板轴对称大挠度动力学控制方程。然后,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,并在小振幅振动假设下得到了板在热过屈曲静平衡构形附近自由振动的线性微分方程。最后,采用打靶法获得了板在热过屈曲前后的固有频率与升温参数之间的特征关系曲线。结果表明,周边面内约束板的前两阶固有频率在热屈曲前随着温度升高而降低,而一旦板进入过屈曲平衡状态,前两阶频率都随着升温而单调增加。     

复合材料层合板自由振动的谱切比雪夫解法EI北大核心CSCD

采用二维谱切比雪夫法(2D-ST),对一般边界条件下复合材料层合板的自由振动进行了分析。基于一阶剪切变形理论(FSDT),采用边界弹簧技术模拟任意边界条件,推导了复合材料层合板的能量方程表达式。利用二维谱切比雪夫法求解能量方程,得到了任意边界条件下复合材料层合板的自由振动特征方程。在数值算例中,通过与其它方法的计算结果进行对比,验证了所提出方法的收敛性和准确性,并在此基础上研究了弹性模量比和铺设角对复合材料层合板振动特性的影响。     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。     

基于高阶剪切变形理论的功能梯度板自由振动分析简化模型

基于高阶剪切变形理论提出了一种功能梯度板自由振动分析的简化模型,该简化模型最显著的特点是适用于功能梯度板的振动分析,且不需要剪切修正。相比于其他具有更多未知变量的剪切变形理论,本文提出的简化模型只包含一个控制方程,极大地减少了计算量。基于该简化模型研究了功能梯度矩形板在简支边界条件下的自由振动,并与其他已有文献进行了比较。结果表明,本文提出的简化模型在分析功能梯度板的自由振动行为时简单且精确。此外,文中还通过多个数值算例分析讨论了不同的梯度指数、长宽比和边厚比对功能梯度板自由振动行为的影响。     

非局部功能梯度梁结构振动与波传播特性研究EI北大核心CSCD

基于非局部弹性理论,给出非局部功能梯度铁摩辛科梁结构的控制微分方程。结合该研究提出的一种半解析数值法,对多种边界条件下非局部功能梯度梁结构自由振动特性进行分析;通过与现有文献简支梁的数据对比,验证该研究计算的正确性;同时分析非局部参数和功能梯度指数对梁结构的固有频率以及波传播特性的影响。结果表明,各个参数对梁结构固有频率以及波传播特性有不同程度的影响规律。     

旋转分数导数黏弹性矩形板横向自由振动分析EI北大核心CSCD

针对分数导数型本构关系描述的旋转黏弹性矩形板的横向自由振动问题。从分数导数Kelvin-Voigt三维本构方程出发,基于板的平面问题,得到了分数导数Kelvin-Voigt二维本构关系,运用Hamilton原理建立旋转分数导数黏弹性矩形板的运动微分方程;采用微分求积法离散运动微分方程与边界条件,得到系统的复特征方程,分析分数导数阶数、宽长比、径长比以及厚长比对系统无量纲复频率虚部的影响。结果表明:随着旋转角速度的增大,前三阶无量纲复频率虚部(固有频率)增大;随着分数导数阶数的增大,无量纲复频率虚部减小;第三阶复频率虚部受到各参数的影响比第一阶、第二阶较大。     

考虑非局部应变梯度效应的轴对称压电纳米圆板热-力-电耦合振动EI北大核心CSCD

基于非局部应变梯度理论和Mindlin板理论,研究了热‐力‐电多场耦合下轴对称压电纳米圆板的振动特性。通过Hamilton原理推导了非局部应变梯度本构框架内的运动方程,采用微分求积法数值求解了理论模型微分方程组,分析了压电纳米圆板的振动固有频率受内尺度参数与外场参数的影响。压电纳米圆板的固有频率随着非局部参数的增大而减小,随着应变梯度特征参数的增大而增大。当非局部参数小于应变梯度特征参数时,纳米圆板表现出刚度硬化行为;当非局部参数大于应变梯度特征参数时,表现出刚度软化行为。当非局部参数等于应变梯度特征参数时,纳米圆板的刚度退化为相应的经典连续介质理论结果。此外,固有频率随着径向压力和正电压的增大而减小,随着径向拉力和负电压的增大而增大,随着温差的增加而小幅减小。特别地,研究发现当径向载荷和电压增大到一定程度时,纳米圆板出现了振动失稳现象,并分析了非局部参数与应变梯度特征参数对失稳临界径向载荷及临界电压的影响。     

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...     

Winkler地基上功能梯度材料矩形厚板的自由振动

直接从三维弹性力学方程基本出发,利用状态空间法并结合层合模型,分析了Winkler地基上具有横观各向异性的功能梯度矩形厚板的自由振动问题,得出了两类独立的自由振动形式。给出了数值例子,并讨论了材料梯度指标的影响。     

任意边界条件下中心开口矩形板自由振动特性分析EI北大核心CSCD

针对任意边界条件下中心开口矩形板的自由振动特性研究问题,引入改进傅里叶级数方法,用改进傅里叶级数形式表示开口矩形板的位移容许函数,该级数形式具有收敛性好、精度高等特点,采用沿边界均匀分布的线性弹簧模拟任意边界条件,并结合位移连续条件和Rayleigh-Ritz能量泛函变分法,对未知傅里叶展开系数求极值将问题转化为求解一个标准特征值方程问题,通过求解方程可得到中心开口矩形板的固有频率及其对应振型;对不同边界组合不需重新推导公式,只需改变模拟弹簧刚度值即可,提高了效率,最后通过数值算例与有限元方法的计算结果进行对比分析以验证文中方法的有效性和精确性。     

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型EI北大核心CSCD

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。