粘弹性边界梁在低速冲击下的动力响应分析

实际工程中的梁结构通常具有粘弹性边界,这些约束表现为弹性和阻尼特征.建立了具有粘弹性边界梁的力学模型,该模型综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况,根据冲击局部区域的接触力-侵入深度关系式并利用拉格朗日方法建立了横向冲击下粘弹性边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同冲击条件下冲击力和横向位移的对比分析,说明了粘弹性支承对结构动力响应的影响.研究表明,粘弹性边界梁的横向位移比简支梁要小,而且位移到达峰值时的时间有所增加,从而提高结构的抗力.     

弹性支承曲线梁在移动荷载作用下动力响应研究

为探究弹性类支座对桥梁结构振动机理的影响及进一步发展曲线梁的车致振动理论,提出一种将弹性支承曲线梁振动形式考虑为弯曲变形和刚体位移组合的方法,建立简化计算模型,利用Garlekin 法和积分变换法推导移动荷载作用下弹性支承曲线梁的动力响应解析解,并验证本文方法的正确性。通过数值算例分析弹性支承曲线梁在移动荷载作用下的振动机理,以及支座刚度、曲率半径等相关参数对弹性支承曲线梁动力响应的影响规律。研究表明：曲线梁的支座约束情况发生变化会对桥梁结构的动力特性和动力响应造成差异明显的非线性影响,其支座竖向刚度越小,桥梁动力响应越大,不可直接将其简化为刚性支承梁;小半径弹性支承曲线梁与直线梁相比,其曲率半径对桥梁动力响应的放大效应十分显著,同样不可忽略。     

基于压电换能器的柔性梁动力学建模及主动振动控制

本文以Euler-Bernoulli柔性梁为研究对象,在铰接-自由的边界条件下,运用哈密尔顿原理以及变分和积分的数学方法建立了柔性梁系统的动力学模型.采用假设模态法离散柔性梁的弹性变形,通过数值求解得到柔性梁弹性变形的振型函数.为了能够快速抑制柔性梁的弹性振动,基于压电换能器对其进行主动振动控制.结合压电换能器的传感器和作动器的动力学模型,推导了压电换能器主动控制力作用下柔性梁系统的整体动力学方程.利用MATLAB/Simulink对所建立的动力学模型进行仿真实验研究,发现在施加外界主动控制力的作用下,柔性梁系统的弹性振动得到了有效的抑制.     

爆炸荷载下RC梁系的解析分析

对梁系结构在爆炸荷载作用下的动力计算问题进行了研究,由于支承构件的变形性,梁系结构可归结为第二类的动支座问题。建立了梁系的动支座计算模型,推导并给出了梁系结构分别在弹性阶段和塑性阶段的动力计算公式,分析了影响梁系振动的主要因素和影响规律。研究表明:影响梁系结构振动的主要因素有两个,下部支承结构的基频ω0和无量纲参数ωθ,基频ω0和参数ωθ越大,上部构件的动力系数就越大。当ω0≥5ω时,下部构件对梁系振动的影响可忽略,认为上部构件是刚性支承。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的弹性响应分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,分析了具有粘弹性支座的钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹性动力响应问题。根据准静态Hertz接触理论和梁的横向振动方程,建立了梁在弹性阶段的动力响应方程组,给出了梁动力函数和支座动力函数的计算方法。研究表明:粘弹性支座使梁的位移峰值减小,而且位移到达峰值的时间也有所延后,有利于提高梁结构的抗冲击能力。与刚性支承相比,粘弹性支座的附加惯性力降低了梁动力函数和支座动力函数值,并降低了梁的振动频率;梁动力函数和支座动力函数值随支座阻尼增大而减小,且支座阻尼加速了动力函数值衰减;除了采用粘弹性支座外,缩短冲击荷载的作用时间也可以减小结构的动力响应。     

轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动特性分析

采用改进傅里叶级数展开建立了轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动分析模型。通过在梁结构两端引入平动和旋转位移约束弹簧,相应设置约束弹簧刚度系数可以实现对任意边界条件及其组合的模拟。梁结构振动系统位移场采用傅里叶级数附加边界光滑函数进行构建,利用能量原理建立轴向载荷作用下梁结构总动能、总势能和外力做功项,并结合瑞利-里兹步骤获得系统特征矩阵方程。通过数值算例,验证了该模型对不同边界条件、轴向载荷作用下梁结构振动特性分析的正确性与可靠性。在此基础上,研究了边界约束弹簧横向刚度、旋转刚度、轴向载荷等系统参数及激振力对梁结构振动特性的影响。该模型具有高效、高精度等特点,为研究轴向载荷作用下复杂边界条件梁结构振动行为提供了有效分析手段。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁板结构的面力效应

为了研究爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁板结构的面力效应,该文在钢筋混凝土梁板结构面力效应的静力分析模型基础上,结合弹粘塑性应变速率本构模型,将面力效应的静力分析模型推广应用于动载作用情况,采用单自由度法建立了考虑面力效应的钢筋混凝土梁板结构的动抗力模型,并编制了计算程序,理论计算结果与试验数据吻合较好。此外,利用所提出的分析方法对抗爆结构中常见的典型核爆和化爆荷载作用下的荷载的加载速率、轴向约束刚度和配筋率等主要影响因素进行了分析讨论,并指出:钢筋混凝土结构的面力效应随着加载速率、边界约束强度的提高和配筋率的降低而增强;动抗力提高程度越大,塑性变形也越大。     

考虑车体柔性的车桥耦合系统建模与分析方法

铁路车辆车体的柔性是其固有属性.假设车体为柔性体而轮对、构架为刚性体,并将车辆视为通过赫兹接触弹簧支撑在轮轨接触界面之上的空间结构.在通用有限元软件中采用刚度极大的梁单元建立轮对和构架模型,而采用刚度适当的梁单元建立车体模型,并利用弹簧单元模拟第一系和第二系悬挂线弹性刚度.将车辆悬挂系统的阻尼力、作用在轮对上的轮轨力作为虚拟力施加在车辆子系统上,将作用在轨道上的轮轨力类似地作为虚拟力施加在桥梁子系统上.对车辆线弹性有限元模型以及桥梁有限元模型进行模态分析,结合采用模态叠加法和拟力法形成车辆-桥梁耦合系统运动方程,运用迭代方法求解系统振动响应.对高速列车通过多跨简支梁时的刚性和柔性车体振动现象分别进行数值仿真再现,既验证了提出的计算方法,也表明考虑车体柔性对共振时车体加速度计算值有较大影响,而对桥梁加速度基本无影响.     

多索-梁结构固有振动特性分析

进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。     

大扁平比胎侧解析刚度建模及轮胎动力学分析EI北大核心CSCD

针对重载轮胎大扁平比结构建模问题,从动力学建模、实验模态分析、结构参数辨识等方面,基于解析弹性基础的欧拉梁模型,对重载轮胎的柔性胎体和大扁平比胎侧曲梁的低频动力学特性开展研究,建立了考虑充气预紧力的欧拉梁胎体模型,利用实验模态方法,探究了不同充气压力下的柔性胎体振动特性;考虑胎侧曲梁预紧力弦效应和结构弯曲效应,建立了大扁平比胎侧曲梁解析刚度模型;基于模态测试结果,进行柔性胎体与解析胎侧结构参数辨识。研究结果表明:在0~180 Hz频率范围内,重载轮胎以结构周向弯曲振动为主,可利用基于弹性基础的柔性梁模型表征;大扁平比胎侧曲梁的解析刚度与胎侧的几何、结构和充气压力参数直接相关;轮胎充气压力影响柔性胎体梁的轴向预紧力和胎侧的弦刚度,进而影响轮胎弯曲振动特性。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

三维柔性多体梁系统非线性动力响应分析

研究了三维柔性多体梁系统的非线性动力响应问题。将空间柔性梁的变形分解为轴向变形以及在x-y平面的弯曲变形和在x-z平面的弯曲变形，引用各自的精确振动模态描述变形场，利用拉格朗日乘子法建立起柔性多体梁系统约束非线性动力学方程。结合Newmark直接积分法和Newton-Raphson迭代法，导出了求解该非线性代数一微分方程组的数值方法。仿真算例证明了该方法的正确性和有效性。     

《斜置弹性支承隔振系统功率流特性分析》

针对工程中常见的斜置隔振装置,建立了复杂振源激励、弹性斜置支承与基础梁结构三维耦合隔振系统动力学模型,给出了隔振器纵向振动和弯曲振动导纳。考虑隔振支承多维波动效应,推导了耦合系统动态特性传递矩阵及功率流表达式。数值模拟计算表明,隔振器高频共振形成驻波是系统功率流下降趋势变缓的主要原因。在中高频域,输人基础的功率流随倾斜角增大而降低。     

矩形板边界支撑优化设计

采用瑞利-里兹法分析、计算矩形板附加弹性铰(简)支撑的最小刚度和最优支撑位置,使板的第一阶固有频率达到原结构的第二阶频率。矩形板仅有一边固定(固支或简支),其他边自由,弹性支撑位于固定边相对的自由边界上。由振动系统能量泛函取极小值原理,构建特征频率方程,利用拉格朗日乘子施加最优支撑位置应满足的设计条件。算例结果表明,该文提出的方法是可靠的,能得到满意的结果。     

两杆机构柔性多体动力学实验研究

本文针对一平面两杆机构开展了柔性多体系统动力学实验研究。文中介绍了实验系统的组成;阐述了基于应变法测量作大范围运动柔性梁弹性振动位移的原理;描述了包括模态分析和动力学响应实验在内的实验过程和结果,通过与相应仿真结果的对比分析证实了实验结果的准确性和可靠性。     

全悬挂多点啮合柔性支承传动系统频率响应分析

本文对全悬挂多点啮合柔性支承传动系统在简谐激励下的响应进行了研究。通过拉氏变换和频率响应法获得了该系统的稳态解,发现了在简谐激励下,当结构参数满足一定条件时,主轴动应力将变为零这一特性。     

转动惯量和弹性支承对非保守杆稳定性的影响

研究了具有多个弹性支承的弹性简支杆在切向均布随从力作用下的动力特性和稳定性问题。对于杆内出现的弹性支承情形,采用了以分段表示的运动微分方程、弹性支承处的连续性条件和边界条件来描述。在数值求解时,以含有两个弹性支承简支杆为例,采用有限差分法,导出了差分方程的递推格式以及边界条件和连续条件的离散形式,具体分析了弹性支承的弹性系数和支承位置以及转动惯量对非保守杆的振动频率和稳定性的影响。此外,该方法还能求解复杂边界条件下具有多个弹性支承的非保守弹性杆的复特征值问题。     

边界约束对梁抗爆动力响应的影响(Ⅰ)–理论研究及分析

边界约束的差异会直接影响结构的抗爆动力响应及承载能力,文中建立了复杂约束条件下抗爆梁在弹性阶段和塑性阶段的解析计算方法,并计算分析了竖向弹性与阻尼约束、水平约束刚度、抗弯约束、荷载形式以及屈服弯矩动力强化系数对动力响应的影响。计算表明：竖向弹性与阻尼约束会引起附加惯性力,能够明显降低结构在弹塑性阶段的位移动力系数。水平约束和抗弯约束影响结构的动态响应主要在塑性阶段,水平约束使梁截面在变形过程中产生横向压力,抗弯约束直接限制刚体转动,均有效降低了梁位移动力系数,相对提高结构的承载力。相同约束刚度和荷载峰值条件下,平台荷载下结构的位移动力函数均高于三角形荷载下位移动力函数,说明动荷载的作用时间越长,对结构承载越不利。另外考虑屈服弯矩的动力增强系数时,可提高结构的抗爆潜力。