多自由度非线性振动分析的平均法

将单自由度非线性振动分析的平均法推广到多自由度，基于平均化方程可以导出系统的幅频响应特性。结合具体算例，将数值方法求解微分方程而得到幅频特性与本文平均法的结果进行了比较。     

基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层复合结构的阻尼特性

硬涂层阻尼减振是一种新兴的振动被动控制方法,而测试出硬涂层复合结构的阻尼特性参数是阻尼减振研究的基础。由于硬涂层阻尼机理的复杂性,目前还没有通用而有效的方法辨识涂层复合结构的阻尼。本文主要研究基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层-薄板复合结构阻尼特性的方法。首先,用实验说明了锤击激励、半功率带宽法拾振对于测试薄板结构阻尼特性的局限性。接着,推导了自由振动衰减信号包络线法辨识阻尼特性的原理性公式,提出了具体的测试复合结构模态阻尼比的流程,并在此基础上,搭建了相应的振动测试实验系统。最后,以涂敷NiCrAlY的钛板为对象,对其涂层前后的阻尼特性进行了测试,测试结果表明,本文所提出的方法具有较好的可重复性,从而确保具有较高的测试精度。同时,还讨论拾振传感器的类型以及激振力幅等对薄板结构阻尼测试结果的影响。     

非线性振动系统的规范形与平均法

对经典平均法提出一种改进方案。并在ｎ维一般情况下，证明平均方程恒满足规范形定义，从而可将其视为规范形理论在小参数振动方程中的推广。此外，还对规范形的极坐标形式进行了讨论，得到一些很有意义的结果。     

旋转几何非线性复合材料薄壁梁的自由振动分析

研究具有几何非线性的旋转复合材料薄壁梁的自由振动。梁的变形引入了Von Kármán几何非线性, 基于Hamilton原理和变分渐进法 (Variational-Asymptotical Method -VMA),导出旋转复合材料薄壁梁的非线性振动偏微分方程组。采用Galerkin法将振动方程离散化为常微分方程组。借助于谐波平衡法 (Harmonic Balance Method -HBM) 建立自由振动的振幅-非线性固有频率关系方程。将上述方程化为非线性特征值问题,采用迭代算法进行求解。将所建立的旋转复合材料薄壁梁非线性自由振动分析模型和计算方法,应用于周向均匀刚度配置(Circumferentially Uniform Stiffness –CUS) 构型复合材料薄壁梁,通过数值计算揭示了纤维铺层角、旋转速度对非线性振动固有频率-振幅关系的影响。     

非线性振动方程多重解求解方法

非线性振动方程多重解的求解过程中,迭代初值难以有效确定,不稳定周期解收敛域很小,利用通常的微分方程解法无法直接求解。针对这个问题,引入同伦算法,使得初始值的选取无任何限制;同时利用预测-校正算法对外激励参数变化下的解曲线进行追踪,得到系统的多重解。该方法不但可以计算稳定的周期解,而且不稳定的周期解也可以求出。采用Duffing振子运动方程对该方法进行了计算验证,通过与理论近似解以及龙格-库塔法计算结果的对比,验证了该方法的有效性。     

基于复解析带通滤波的自由衰减振动信号的频谱校正法

通过复解析带通滤波构造时域信号的解析信号,消除因时域实信号作FFT时由于时域截断产生的负频率成分能量泄露对正频率成分的干扰,从而提高自由衰减振动信号频谱校正精度。仿真分析及工程实测结果表明,当各个固有频率相隔较远时,校正精度很高。但在各阶固有频率靠得很近时不能直接使用这种方法。     

等高齿锥齿轮非线性振动特性的联合求解方法

齿轮重载啮合中发生的轮齿接触损失会引起齿轮传动中的动态传递误差,动态传递误差的存在是等高齿锥齿轮非线性振动的重要原因,准确预测和计算等高齿锥齿轮传动中的动态传递误差是进一步改善这类齿轮系统振动特性的有效手段。针对某重载等高齿锥齿轮,研究了其在一定运行速度和扭矩范围内的频率响应特性;运用一种新的曲面积分与局部有限元联合求解方法求解了等高齿锥齿轮传动中的动态传递误差,从而揭示出此类传动系统振动的强非线性特性。这种方法无需将时变拟合刚度和啮合频率变量等非线性因素作为外部的激励进行求解,而是从齿轮啮合的每一时步,计算动态啮合力以及动态传递误差,最终得出等高齿锥齿轮的非线性振动特性。该方法可以精确表达轮齿几何及轮齿接触力等因素对齿轮动力学性能的影响,为等高齿锥齿轮这类复杂振动特性的传动系统提供了一种行之有效的分析方法。     

强非线性振动系统的通用化求解程序及应用

基于研究强非线性振动系统的待定固有频率法,应用Mathematica符号运算语言,编写适用于计算多自由度系统稳态渐近解的通用化程序。在将传统理论向高维复杂系统进行推广的同时,进一步实现应用过程中涉及常微分耦合系统简化、高阶规范形计算等具体运算环节的系统化与程序化,极大地提高了理论推导的效率。基于提出的程序化方法,研究一类碳纳米管强非线性振动系统,计算其规范形和稳态渐近解,并据此讨论阻尼系数和激振力对于振动幅值的影响。最后将定量分析结果与数值结果进行对比,验证了程序化方法的有效性。     

斜拉索面内参数振动的理论和试验研究

研究斜拉索在弦向位移激励下的面内非线性振动方程,该振动方程考虑拉索垂度、倾斜角、大位移、激励幅值、阻尼等影响因素,并应用龙格-库塔数值积分法求解该微分方程。在试验室建立了斜拉索模型,开展斜拉索受弦向位移激励的面内参数振动的试验研究,实现了斜拉索的参数振动。试验研究和数值计算表明斜拉索的参数振动与系统频率比、激励幅值、阻尼等因素有关,参数振动发生在一定的频率比范围内,斜拉索振幅与频率比关系曲线体现出非线性特性,系统阻尼使得斜拉索参数振动的激励幅值要超过一定的阀值。     

单孔爆破振动监测与衰减规律多元线性化回归

岩体爆破振动效应与其影响因素之间存在复杂的非线性关系,准确预测爆破振动衰减规律是开展爆破设计与灾害控制的基础。在分析了传统萨道夫斯基公式存在不足的基础上,引入了考虑质点与爆心高程差的萨道夫斯基修正公式,并将其非线性函数关系式线性化,建立了爆破振动衰减规律多元线性数学模型;运用最小二乘法理论推导得到模型中K、α和β三个未知参量,获得了修正的萨道夫斯基爆破振动衰减多元线性化回归公式。针对铜坑矿锌铜矿岩体单孔爆破振动监测数据和工程地质条件,采用所提出的爆破振动衰减规律多元线性化回归公式对监测结果进行分析。研究结果表明,所提出的爆破振动衰减多元线性化回归公式可靠度高,且式中参量表达含义与锌铜矿岩体坚硬特性相吻合,能够为锌铜矿体后期爆破开采设计提供科学指导。     

基于离散频谱分析的自由衰减振动信号的幅值恢复

加矩形窗截断后的自由衰减振动信号可以看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,从理论上证明了其连续谱峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位。分析了连续谱的离散频谱幅值误差影响因素,提出一种新的求解幅值恢复系数的方法,该方法根据已估计得到的阻尼、频率和相位重构幅值为给定值的新信号,然后求解加有限长度指数窗幅值恢复系数。当理论频率位于某条离散谱线上,幅值基本无误差。理论分析和仿真表明,采样频率、阻尼和频率误差的变化对幅值分析精度的影响很大,并且是相互作用的,但当理论频率与采样频率之比fn/fs在区间(0.25,0.4)内,且阻尼在区间(0.005,0.02)时,不论频率误差多大,分析精度均很高,幅值误差小于5%。相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法。     

超材料混凝土单胞骨料的有阻尼自由振动特性研究

超材料概念的提出激发了功能混凝土的研究热潮,超材料混凝土的振动研究也成为热点之一。基于one-dimensional spring-mass system模型,建立了单胞骨料有阻尼自由振动的三维振动模型,模型中软涂层和砂浆均用弹簧等效代替,并计算了等效长度、等效刚度和等效阻尼。以单胞骨料为研究对象,用达朗贝尔原理导出有阻尼自由振动的非线性控制方程,获得系统的固有频率和振动解。用MATLAB软件编程进行算例分析,讨论初始条件、骨料内部尺寸及软涂层弹性模量等参数对固有频率和振动特性的影响。算例分析表明：非线性振动与线性振动中的无阻尼固有频率和有阻尼固有频率间的关系并不一致;阻尼对非线性振动固有频率的影响比线性振动的大;初速度对初相位的影响(非线性)比初始位移的大(“类线性”),初始条件既影响振幅,又影响固有频率,也会影响超材料混凝土抗冲击能力。减幅系数η随初始速度、软涂层弹性模量的增大而减小,随软涂层厚度的增大而增大,这可通过减小初始速度、增大软涂层弹性模量、增加重核的大小等方式降低减幅系数对超材料混凝土结构的影响。这对超材料混凝土抵抗高频荷载和冲击荷载的研究有工程指导价值。     

改进的本质非线性吸振器宽频吸振参数域研究

考虑到工程的实际应用,对本质非线性吸振器进行了改进,建立了带有弱线性刚度项的强非线性吸振器的振动系统的动力学模型。利用谐波平衡法推导了主系统的频响方程组,分析了线性刚度对宽频吸振效果的影响,发现吸振器中带有一定的弱线性刚度反而能提高宽频减振的性能。计算了激励力与吸振器非线性刚度函数的上、下限值以及宽频吸振的参数域,对此类吸振器的工程应用具有较好的指导意义。对比分析了多频激励下不同吸振器的减振效果：在合适的参数域中,改进后的本质非线性吸振器表现出了很好的宽频减振性能     

叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性振动特性研究EI北大核心CSCD

利用一种基于应变依赖性硬涂层的整体叶盘阻尼减振方案,研究了叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性动力学特性。首先,基于离散试验数据与高阶多项式得到了非线性硬涂层的连续力学参数;然后,利用基于改进复模量理论与复合Mindlin板理论的能量有限元法,创建了考虑应变依赖性的硬涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,基于Newton-Raphson计算方法提出一套非线性迭代计算流程,求解了硬涂层整体叶盘的非线性共振频率与共振响应;最后,选择叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值分析与试验测试,分析了硬涂层及其应变依赖性对整体叶盘振动特性的影响。研究结果表明,整体叶盘在涂敷硬涂层后的振动响应得到有效抑制,而应变依赖性能有效增强硬涂层对整体叶盘的减振效果。     

一种粘滞阻尼体系阻尼矩阵识别新方法

由不同材料组成的混合结构,其阻尼矩阵不再满足与质量矩阵、刚度矩阵的比例关系,具有非比例特性。我国设计规范中常用的振型分解反应谱法是基于比例阻尼建立的,并不严格适用于计算非比例阻尼体系的地震作用效应。该文在基于等效黏性阻尼模型的复模态叠加法基础上,结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导了基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC(Complex Complete Quadratic Combination)法实数表达式,建立了一种解决非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算问题的理论方法。算例分析表明：与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比,该文建立的基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法直接依赖于结构的质量、刚度和阻尼参数,不受振型组合的影响,具有计算结果唯一的优点,且仅涉及位移相关系数的计算;与基于能量法的反应谱CQC法相比,基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性,适用于非比例特性较强的混合结构。     

五自由度强非线性随机振动系统的首次穿越研究

利用基于广义谐和函数的随机平均法,建立了高斯白噪声激励下五自由度强非线性随机振动系统的Pon-tryagin方程及后向Kolmogorov方程。求解这两个高维偏微分方程,得到了系统的平均首次穿越时间、条件可靠性函数以及平均首次穿越时间的条件概率密度。用Monte Carlo数值模拟验证了理论方法的有效性。     

基于统计能量法的隔声瓦减振性能仿真研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高舰船隐身性能的方法。基于统计能量法开展了隔声瓦对复杂锥柱结构水下振动的影响研究,讨论了隔声瓦敷设方式对复杂锥柱结构水下振动的影响,分析了阻尼损失系数对隔声瓦减振效果的影响。研究表明,隔声瓦敷设方式、阻尼损失系数对隔声瓦减振效果有较大影响:当隔声瓦敷设在结构振动主导传递途径上时,其对传递途径下游结构的振动抑制效果较为明显,而对于振源及传递途径上游结构振动的影响较小;隔声瓦减振效果随敷设密度的增大而增加,随阻尼损失系数的增大而有所降低。     

DSC‐Ritz method for the free vibration analysis of Mindlin plates

This paper introduces a novel method for the free vibration analysis of Mindlin plates. The proposed method takes the advantage of both the local bases of the discrete singular convolution (DSC) algorithm and the pb‐2 Ritz boundary functions to arrive at a new approach, called DSC‐Ritz method. Two basis functions are constructed by using DSC delta sequence kernels of the positive type. The energy functional of the Mindlin plate is represented by the newly constructed basis functions and is minimized under the Ritz variational principle. Extensive numerical experiments are considered by different combinations of boundary conditions of Mindlin plates of rectangular and triangular shapes. The performance of the proposed method is carefully validated by convergence analysis. The frequency parameters agree very well with those in the literature. Numerical experiments indicate that the proposed DSC‐Ritz method is a very promising new method for vibration analysis of Mindlin plates. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.