考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析EI北大核心CSCD

研究了带有附加质量的旋转柔性梁系统在参数具有随机性时的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明:利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

考虑附加质量的旋转柔性梁动态可靠性分析EI北大核心CSCD

在带有附加质量的旋转柔性梁系统动态可靠性分析中,为了提高其计算精度和计算效率,提出了一种基于单项式容积法(Monomial Cubature Rules,MCR)的随机响应面法(Stochastic Response Surface Method,SRSM)。该方法利用MCR的积分点作为样本点,并以此生成柔性梁系统动态响应的小样本对,基于这些样本对和SRSM回归理论,建立柔性梁系统动态响应可靠度隐式功能函数的代理模型,使用该代理模型对柔性梁系统进行动态响应可靠性分析。通过与传统的蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法和改进的概率配点法(Efficient Collocation Method,ECM)比较,表明了该方法在柔性梁系统动态响应可靠性分析中的高效率和高精度。在取相同变异系数的条件下,柔性梁截面宽度参数的分散性对系统动态响应的可靠性影响较大。     

含随机参数的空间柔性梁动力学模型

研究含随机参数空间柔性梁作大范围运动的动力响应问题。基于虚功原理建立随机参数空间柔性梁动力学模型,利用多项式混沌结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,通过可变秩法获得响应函数展开多项式系数,进而获得柔性梁变形响应量数字特征。以物理、几何参数具有随机性自旋空间柔性梁为例,获得动力响应统计意义下的解,通过与Monte Carlo法结果比较,验证该方法的正确性及有效性。计算结果表明,利用随机参数的动力学模型能客观反映空间自旋柔性梁动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应影响不可忽视。     

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论，采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场，并采用Green应变张量描述应变能，用Hamilton原理建立系统动力学方程。揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散，基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明，旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大．从而只存在一阶临界转速，且当中心刚体半径超过临界半径时．不存在临界转速。     

考虑附加质量的旋转柔性梁动态可靠性分析

在带有附加质量的旋转柔性梁系统动态可靠性分析中,为了提高其计算精度和计算效率,提出了一种基于单项式容积法(Monomial Cubature Rules,MCR)的随机响应面法(Stochastic Response Surface Method,SRSM)。该方法利用MCR的积分点作为样本点,并以此生成柔性梁系统动态响应的小样本对,基于这些样本对和SRSM回归理论,建立柔性梁系统动态响应可靠度隐式功能函数的代理模型,使用该代理模型对柔性梁系统进行动态响应可靠性分析。通过与传统的蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法和改进的概率配点法(Efficient Collocation Method,ECM)比较,表明了该方法在柔性梁系统动态响应可靠性分析中的高效率和高精度。在取相同变异系数的条件下,柔性梁截面宽度参数的分散性对系统动态响应的可靠性影响较大。     

柔性梁上高速移动质量动力响应分析

与通常研究移动质量与结构的动力相互作用不同,本文认为移动质量在梁上的刚体运动不是预先知道的,即考虑Timoshenko paradox效应,建立了移动质量与柔性梁振动微分方程.然后,采用数值积分方法求解耦合系统的动力响应.数值结果表明本文的方法是正确的     

发展附加质量模型应用于储液罐的动力分析

提出一种新的用于表述附加质量分布规律的公式和有限元单元模型,接入ABAQUS有限元软件对储液罐动力试验模型进行了数值模拟,分析对比了弹塑性屈曲“象足效应”和“钻石效应”的实验数据,证明所提出的附加质量公式是合理和有效的,并指出原经验公式在分析动水压力问题时的缺陷。模拟中考虑了储液罐壁动力响应加速度的方向对液体惯性作用力的影响,从而准确地模拟了储液罐壁与液体的相互作用。动力时程和频率响应的定量分析表明:地震荷载对储液罐计算模型所做的外力功是导致罐壁塑性变形、产生“象足效应”的决定性因素。     

随机参数双连杆柔性机械臂的可靠性分析

将Lagrange方程和假设模态法相结合建立了考虑关节处摩擦的双连杆柔性机械臂的动力学模型。考虑随机因素的影响,将随机因子法的处理方式引入随机响应面法中,提出一种处理多输入随机参数的双连杆柔性机械臂系统可靠性分析方法,并分别建立了系统强度、刚度和运动功能的功能函数。通过算例验证了该文模型和方法的合理性和可行性,同时预测了系统的可靠度。研究结果表明,同可靠性分析的Monte-Carlo法相比,该方法对双连杆柔性机械臂的可靠性分析具有良好的精度和效率,在取相同变异系数的情况下,几何参数对系统可靠度的影响较大。     

考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。     

随机质量板的振动响应及其统计分析

以Rayleigh-Ritz能量法和Lagrange动力学方程为基础,提出了一种分析随机质量板的振动响应方法,并对其统计特性进行了分析.考虑到工程中各种因素导致板的不确定性,在分析板的振动响应时,首先将板当作是各向同性的均匀质量板.应用Rayleigh-Ritz能量法分析板的振动能量,将由各种不确定性导致的板的振动响应作为由板上的附加质量块引起的因素来考虑,通过附加质量块在板上的分布来建立其动能,然后应用Lagrange动力学方程建立随机质量板的运动方程,求解该运动方程来分析板的振动响应.该方法可以根据分析对象的边界条件和分析频率需要,选取合适的基函数,提高在高频时板的振动响应的分析精度.应用Monte Carlo数值仿真验证了该方法.结果表明,由该方法得到的随机质量板的特征频率空间与由随机矩阵理论预测的结果是一致的;验证了该方法的正确性.     

Coupling dynamic behaviors of spatial flexible beam with weak damping

As a typical high‐dimensional nonlinear dynamic problem, the difficulties of the dynamic analysis on the spatial flexible damping beam mostly result from the coupling between the spatial motion and the transverse vibration. Considering the coupling effect and the weak structure damping, the dynamic behaviors of the spatial flexible beam are investigated by a complex structure‐preserving method in this paper. Based on the variational principle, the dynamic model of the spatial flexible damping beam is established, which can be decoupled into two parts approximately, one controls the spatial motion and another mainly controls the transverse vibration. For the first part, the classic fourth‐order Runge–Kutta method can be used to discrete it expediently. For the latter part, based on the generalized multi‐symplectic idea, the approximate symmetric form as well as the generalized multi‐symplectic conservation law is formulated, and a 15‐point scheme equivalent to the Preissmann scheme is constructed. Numerical iterations are performed for six typical initial cases between the two parts to study the dynamic behaviors of the spatial flexible beam. In the numerical experiments, the effects of the damping factor and the initial conditions (including the initial radial velocity and the initial attitude angle) on the dynamic behaviors of the spatial flexible beam are investigated in detail. From the numerical results, it can be concluded that the damping effect on the long‐time dynamic behaviors of the spatial flexible beam could not be neglected even if it is weak; the numerical method proposed in this paper owns the tiny numerical dissipation as well as the excellent long‐time numerical stability. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

变速多移动质量耦合作用下柔性梁系统振动响应分析

针对多移动质量耦合作用下柔性梁的振动响应进行研究分析。根据柔性梁振动理论,考虑移动质量间相互运动与柔性梁弹性振动之间的耦合作用,建立了多移动质量-柔性梁系统的振动方程。采用时变力学系统数值求解方法,对多移动质量以不同运动形式作用下柔性梁系统的振动响应进行求解分析。计算结果表明：移动质量间相互运动的形式不同,梁的振动效果不同;与单个移动质量叠加作用相比,多移动质量间耦合作用下的梁的振动效果呈现显著的不同。     

作大范围运动的柔性梁的动力学分析

对附着在空间运动体上的柔性悬臂梁的动力学进行了研究，利用微元法建立了中心刚体作任意三维大位移运动时柔性悬臂梁作横向和纵向振动的动力学方程，此动力学方程计及了动力刚化效应。在对柔性梁离散求解时考虑了横向弯曲对纵向变形的影响，最后通过几个例子分析了运动基上柔性梁的动力学行为。     

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。     

温度场中的柔性梁系统动力学建模

研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性，在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响，在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行离散，从虚功原理出发，根据各柔性梁之间的运动学约束关系，建立了带集中质量的柔性梁系统的动力学方程。仿真结果表明．即使在转速较低的情况下，随着集中质量的增大和温度的急剧变化，纵向变形的二次耦合项的影响不容忽视，此外，温度的变化还引起轴向变形和轴向约束力高频振荡。     

轴向流作用下柔性简支梁静态与动态稳定性分析

对于一个轴向流作用下的柔性简支梁流固耦合模型,基于一定的假设,建立了系统的流固耦合非线性动力学方程,并运用参数无量纲化、假设模态、高阶模态截断等方法导出了有限自由度无量纲状态空间方程。根据静态分岔理论,对系统线性化扰动方程的Jacobi系数矩阵特征多项式进行了分析,理论上求得系统发生静态分岔时的临界流速。数值计算结果表明当流速大于临界流速时,系统发生静态失稳,在外界扰动作用下,梁随机地向上或向下弯曲。基于动态Hopf分岔理论与相关的实系数多项式特征根代数判据,证明了系统不会出现振颤失稳。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

Frequency analysis of sandwich beam with FG carbon nanotubes face sheets and flexible core using high-order element

In the present paper, the vibrational behavior of sandwich beam with a flexible core and anti-symmetric functionally graded carbon nanotubes face sheet is investigated. Carbon nanotubes are considered as functional graded materials in the thickness of the faces and their properties change along the thickness of the face sheets. For the modeling of sandwich beam behavior, the Euler–Bernoulli theory is used for face sheets and the semi-3D elasticity is used for the core, which allowed us to investigate the flexibility of the core. Differential equations of motions are derived using the virtual displacement principle. In this research, a high-order element is presented for solving equations of motion, and then by using this element, the finite element formulation has been extracted and solved. Numerical results are obtained for various boundary conditions, which include simply support, clamped, free-clamped, and simply support-clamped. Also, different volumes of carbon nanotubes have been investigated for different distributions. The results showed that the distribution of the FG-X pattern carbon nanotube leads to the highest natural frequency of the beam. The main conclusion of this research is that, in most cases the FG-O pattern has the lowest natural frequencies and in some cases the FG-Λ pattern has the lowest natural frequencies. In other words, generally, it can be say that the lowest natural frequencies of the sandwich beam with functionally graded carbon nanotubes faces depend on the boundary conditions, thickness ratio, and also the volume fraction of carbon nanotubes. In this paper also the effect of geometric angles of the beam, such as the thickness of the core and face sheet thickness on natural frequency of the system is also investigated.     

Time response of structures with uncertain parameters under stochastic inputs based on coupled polynomial chaos expansion and component mode synthesis methods

This article presents a numerical procedure to compute the stochastic dynamic response of large finite element models with uncertain parameters based on polynomial chaos and component mode synthesis methods. Polynomial chaos expansions at higher orders are used to derive the statistical solution of the dynamic response as well as the Monte Carlo simulation procedure. Based on various component mode synthesis methods, the size of the model is reduced. These methods are coupled with polynomial chaos expansion and the explicit mathematical formulations are given. Numerical results illustrating the accuracy and efficiency of the proposed coupled methodological procedures are presented.