湿-热-机耦合作用下多孔功能梯度梁的振动及屈曲特性

采用一种拓展的n阶广义梁理论（GBT）,研究了轴向机械载荷作用下多孔功能梯度材料（FGM）梁在湿热环境中的振动及屈曲特性。考虑了材料的物性随温度变化,湿-热沿梁厚按三种不同类型分布,采用含孔隙率的修正Voigt混合率模型描述多孔功能梯度梁的材料属性,在宏-细观力学模型框架下应用Hamilton原理统一建立了系统的自由振动及屈曲方程,采用Navier法求解FGM简支梁的静动态响应。通过算例验证并讨论了GBT阶数n的理想取值,可用于丰富梁理论。探讨了湿热效应、湿-热-机耦合、孔隙率、材料梯度指标、跨厚比对FGM梁振动及屈曲特性的影响。结果表明:湿-热加剧降低了FGM梁的频率和临界载荷,且不同类型的湿热分布对其减小程度有显著差异;随着孔隙率增大,梁结构的整体刚度虽有所弱化,但在湿热环境中频率反而增大,稳定性增强;湿-热效应对多孔FGM细长梁频率和稳定性影响十分显著,但对短粗梁的影响比较有限。      

基于改进型GDQ法FGM纳米梁的热-机耦合振动及屈曲特性分析

基于Eringen非局部线弹性理论,采用n阶广义梁理论(GBT),应用改进型广义微分求积(MGDQ)法数值研究了初始轴向机械力及热载荷共同作用下功能梯度材料(FGM)纳米梁的耦合振动及耦合屈曲特性.考虑了材料性质的温度相关性,且温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布,采用Voigt混合幂率模型表征FGM纳米梁的材料属性....     

基于二元耦联性解耦下多孔FGM梁的热-力耦合振动与屈曲特性

采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法,数值研究了初始轴向机械力作用下含均匀孔隙的功能梯度材料(FGM)梁在热环境中的耦合振动及耦合屈曲特性。考虑了材料性质随温度的相关性,温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布,采用含孔隙率修正的Voigt混合幂率模型来表征多孔FGM梁的材料属性。采用一种n阶广义梁理论(GBT),在Hamilton体系下统一建立描述该系统耦合振动及屈曲问题力学模型的控制方程。通过引入边界控制参数,可实施3种典型边界梁动态响应MGDQ法求解的MATLAB统一化编程。基于两种静动态力学行为之间的二元耦联性,编写循环子程序用来获得屈曲静态响应,该分析方法极大地简化了解耦过程并提高了计算效率。通过算例主要探究了梁理论、边界条件、温度分布、升温、初始轴向机械力、热-力耦合效应、孔隙率、梯度指标、跨厚比等诸多参数对多孔FGM梁振动及屈曲特性的影响,同时刻画并揭示了两种静动态力学行为之间的二元耦联性。     

热-力-粘弹耦合多孔FGVM梁的动力学特性

研究了初始轴向机械力作用下三参数Winkler-Pasternak粘弹性地基上多孔功能梯度粘弹性材料(FGVM)梁在热环境中的自由振动特性.考虑满足热传导方程的稳态温度分布以及材料性质的温度相关性,采用Kelvin-Voigt模型并由含孔隙率修正的混合幂率梯度分布来表征内含均匀孔隙FGVM梁的材料属性.基于n阶广义梁理...     

基于n阶GBT热-机载荷作用下FGM梁的振动特性和稳定性分析

研究了热-机载荷耦合作用下弹性地基FGM梁的振动特性与稳定性。考虑到材料的物性依赖于温度变化且组分沿梁厚按幂律分布。首先,基于一种扩展的n阶广义剪切变形梁理论(n-th GBT),应用Hamilton原理,统一建立了系统自由振动及屈曲问题力学模型的控制方程,采用一种改进型广义微分求积法(MGDQ)获得FGM梁静动态响应的数值解。其次,通过算例验证GBT的有效性并给出阶次n的理想取值,在丰富梁理论的同时,也可验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,讨论并分析了升温、边界条件、初始轴向机械载荷、梯度指标、地基刚度、跨厚比等诸多参数对FGM梁振动特性和稳定性的影响。     

基于n阶GBT初始轴向载荷影响下FGM梁的振动特性

研究了初始轴向载荷影响下弹性地基功能梯度材料(FGM)梁的振动特性。基于一种拓展的n阶广义剪切变形梁理论(n-GBT),以轴向位移、剪切变形挠度与弯曲变形挠度为基本未知函数,应用Hamilton原理,建立了该系统自由振动问题力学模型的控制方程。引入边界控制参数,采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法获得了FGM梁的静动态响应。通过算例验证并给出了GBT阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其它各种剪切变形梁理论;提供的数值分析方法切实可行,拓展了GDQ法的使用范围。最后,着重讨论并分析了初始轴向载荷、边界条件、梯度指标、地基刚度、跨厚比等参数对FGM梁振动特性的影响。     

不确定性热弹耦合梁的固有振动分析

考虑材料参数存在的不确定性,研究热弹耦合梁的固有振动特性。基于欧拉梁的振动微分方程和傅里叶定律热传导方程,得到了梁的热弹耦合振动微分方程;在给定梁的自由振动形式下求解得到梁的固有频率,并分析耦合固有频率随参考温度的变化规律;在考虑材料参数不确定情况下,分析热弹耦合耦合固有频率特性。研究结果表明考虑热弹耦合效应时,梁的各阶固有频率都有所增加;耦合固有频率随着参考温度的升高逐渐增大;考虑材料参数不确定性时,梁的各阶耦合固有频率规律复杂,但具有跟材料参数相同的分布规律。     

热过屈曲梁振动的解析解

该文导出了面内热载荷作用下, 梁在其过屈曲构形附近微幅振动的解析解。首先基于经典梁理论, 推导了控制轴向和横向变形的基本方程。然后, 将2 个非线性方程化为一个关于横向挠度的四阶非线性积分-微分方程。假设梁的振幅以及由此引起的附加应变为无限小, 另设其响应为谐振, 则该非线性积分-微分方程将化为两组耦合的微分方程:一组控制非线性静态响应;另一组就是叠加于梁屈曲构形之上的线性振动方程。直接求解这些问题, 可以得到梁热过屈曲构形以及固有频率的解析解, 这些解是外加热载荷的函数。该文得到的精确解可以用于验证或改进各类近似理论和数值方法。     

考虑热对材料参数影响的FGM梁热后屈曲特性研究

功能梯度梁热后屈曲特性研究对于推进功能梯度材料在航天器热防护设计中的应用有着重要意义。基于经典梁的几何非线性理论和物理中面的概念,建立了热载荷作用下功能梯度梁的运动微分方程,通过化简得到一个仅关于挠度的四阶微分-积分方程,并与固支边界条件构成特征值问题,分析研究了功能梯度梁的热后屈曲及在此基础上的振动问题。首先证明了通过哈密顿原理推导的运动方程是轴线可伸长理论的近似形式。接着考虑热对材料物性参数的影响,并对梁的长细比、功能梯度指数和温度比作了详细分析,研究了这些参数对热后屈曲路径和后屈曲振动的影响规律。结果表明：只有在长细比较大时才可以不考虑温度对材料物性参数的影响,否则误差较大;长细比、功能梯度指数和温度比的增大会增大无量纲热屈曲载荷,同时使屈曲路径和频率-载荷曲线向热载荷增大的方向移动。     

多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为

采用经典欧拉梁理论和高阶三角剪切变形理论,研究了多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为。分析中考虑了材料物性与温度的相关性,采用含孔隙率的Voight混合模型描述了多孔功能梯度的材料属性。利用迭代算法求解结构在均匀、线性和非线性温升(考虑热传导效应)下的热-力耦合屈曲临界温度,讨论了材料非均匀参数、孔隙率和长细比等参数对屈曲临界温度的影响。ABAQUS数值模拟结果和文献对比结果验证了理论的可靠性,同时表明高阶剪切变形理论较经典欧拉梁理论精确。结果表明,功能梯度材料梁的热屈曲分析必须考虑物性与温度的相关性,否则可能高估热屈曲临界温度10%~30%;随着孔隙率增大,材料的等效弹性模量减少,即结构刚度有所弱化,但屈曲临界温度反而大大增高。     

非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应

由于功能梯度材料结构沿厚度方向的非均匀材料特性,使得夹紧和简支条件的功能梯度梁有着相当不同的行为特征。该文给出了热载荷作用下,功能梯度梁非线性静态响应的精确解。基于非线性经典梁理论和物理中面的概念导出了功能梯度梁的非线性控制方程。将两个方程化简为一个四阶积分-微分方程。对于两端夹紧的功能梯度梁,其方程和相应的边界条件构成微分特征值问题;但对于两端简支的功能梯度梁,由于非齐次边界条件,将不会得到一个特征值问题。导致了夹紧与简支的功能梯度梁有着完全不同的行为特征。直接求解该积分-微分方程,得到了梁过屈曲和弯曲变形的闭合形式解。利用这个解可以分析梁的屈曲、过屈曲和非线性弯曲等非线性变形现象。最后,利用数值结果研究了材料梯度性质和热载荷对功能梯度梁非线性静态响应的影响。     

非保守力和热载荷作用下FGM梁的稳定性

研究了在热载荷和切向均布随从力作用下FGM梁的稳定性问题。假设材料常数(即弹性模量和密度)随温度及沿截面高度连续变化,且材料常数按各材料的体积分数以幂率变化,温度分布满足一维热传导方程,计算了不同梯度指标和不同温度下FGM梁的弹性模量随截面高度变化情况。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立梁的控制微分方程,用小波微分求积法(WDQ法)求解,分析了梯度指标、温度、随从力等参数对简支FGM梁振动特性与稳定性的影响。     

轴压作用下自由-自由运动梁振动特性研究

针对轴向压力作用下的两端自由运动梁的振动问题,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,通过解析法和微分求积法(DQM)求解了梁的振动特性,分析了轴向压力和运动效应以及轴向力导数和运动加速度对梁固有特性的影响,并对临界载荷、临界速度等的影响因素进行了比较研究。结果表明：轴向压力和运动效应都使得固有频率降低,压力和运动速度的特定组合会导致超临界现象和耦合模态颤振的出现;压力导数和加速度效应都会使得梁的基础频率产生不稳定性;梁的临界载荷随着运动速度增大而变小,临界速度随轴向压力增大而降低。     

一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系

基于一阶剪切理论,研究了功能梯度材料Timoshenko 梁的静态弯曲解与对应的均匀材料梁的解的线性转换关系。通过比较功能梯度材料梁和均匀材料梁的无量纲控制方程,发现了它们弯曲解的线性相关性。在给定材料弹性模量沿横向非均匀变化规律后,可将功能梯度材料Timoshenko 梁在静载荷作用下的弯曲变形解用相同尺寸、相同载荷以及相同边界条件下的均匀材料Timoshenko 梁的弯曲变形解线性表示。这样,可将非均匀Timoshenko 梁弯曲问题的求解转化为对应的均匀材料Timoshenko 梁弯曲问题的求解和转换系数的计算,从而使得求解过程得以简化。     

轴压复合材料组合梁的振动与稳定性相关性研究

应用分布参数传递函数法分析了复合材料组合梁在轴压作用下的振动与稳定性问题及其相关性。建立了组合梁在任意边界条件下振动与稳定性的状态空间控制方程和振动频率与轴压载荷之间的相互关系式。分析中同时考虑了一阶和高阶横向剪切变形、转动惯量、细长比、各向异性、扭转变形等多种因素对组合梁固有频率和屈曲载荷的影响。并将数值例子的结果与试验值或文献所提供的结果相比较。      

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。     

四边简支功能梯度矩形板的热屈曲分析

基于经典板理论,假设材料性质为板厚度方向坐标的幂函数,推导了功能梯度材料矩形板在热荷载作用下的平衡方程和稳定方程。给出了四边简支的功能梯度板在均匀受热时临界屈曲温度变化的封闭解,讨论了板的几何外形尺寸、相对厚度、梯度指数以及中面变形等因素对临界屈曲温度变化的影响。     

全预应力砼梁动力性能试验研究

该文进行了2根无粘结全预应力简支梁的动力试验,结果表明:预应力梁的固有频率随着预应力的增加而增加,这与Clough提出的轴力作用下均质、各向同性线弹性材料梁的理论分析结果相反。引起这个结果的因素很多,该文主要通过探讨由弹性模量E的变化来分析引起的刚度的变化,从而导致频率的变化。该文提出了相应的修正公式,并进行了四个公式的计算结果对比。计算表明:该文提供的方法具有较好的适用性,理论分析和试验结果吻合较好。