SMA纤维混杂层合梁的振动分析

提出一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合梁的数学模型。采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法,同时考虑铁木辛柯剪切和马氏体相变的影响。目的是为了更进一步了解层合梁的振动控制。SMA纤维用来作为驱动器,它能够改变弹性模量和回复力,以此改变梁的频率。分析了SMA纤维含量、铺设角度和横向剪切变形的影响。结果表明,通过激活形状记忆合金纤维及改变初始变形,对层合梁的自振频率有很强的控制和调节能力。     

变截面压电层合梁自由振动分析

考虑压电材料的质量效应和刚度效应,将表面粘贴或埋入式压电悬臂梁看作变截面梁,研究压电材料对智能结构固有特性的影响。基于一阶剪切变形理论导出压电层合梁的抗弯刚度和横向剪切刚度,计及梁的剪切变形和转动惯量,采用Timoshenko理论推导变截面压电层合梁的频率方程。给出了T300/970压电层合梁和硬铝压电层合梁的前3阶固有频率,并和有限元结果、等截面梁的计算结果进行比较。计算表明,压电材料对压电结构固有频率和固有振型的影响显著,在以振动控制为目标的压电结构动力学建模过程中,有必要考虑压电材料的质量和刚度。     

压电弹性层合梁-板结构中SH波的传播

建立了压电层合梁-板结构的压电-弹性动力学基本方程式，在给定压电层合梁-板结构形式和波传播方向的情况下，对基本方程式进行了简化；利用连续性条件和边界条件，建立了波传播的特征方程式，并对波动方程式进行求解；得到了前三阶频散关系曲线。通过实例数值计算，讨论了弹性层、压电层的厚度比与频散关系的影响，得出了SH波在压电层合梁-板结构中传播的基本特性。     

复合材料层合梁理论

层合梁理论是分析复合材料层合梁和加筋层合结构力学响应的基础.本文基于Mindlin假定导出了横向层合梁、纵向层合梁和组合层合梁一阶剪切变形理论.给出的理论既能够精确计算各层合梁的刚度值,又能考虑各刚度之间的耦合效应.为不失一般性,三种层合梁的本构方程均考虑了热效应.     

自感知压电层合梁的数值分析与数值模拟

从压电本构方程出发,借助Hamilton原理建立了压电层合结构的有限元方程,基于此理论,对一五层的压电梁运用ANSYS参数化设计语言(APDL)建模,采用二维四结点四边形耦合单元,分析了梁与压电层的几何参数对传感与致动性能的影响,比较了不同边界条件下梁的变形变化。得出的一些有效结论,对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。     

压电功能梯度层合梁的力-电-热耦合梁单元及最优振动控制

给出了一个压电功能梯度层合梁振动分析的两节点力-电-热耦合梁单元,并将其用于功能梯度层合梁的振动最优控制。在这个多场耦合梁单元中,功能梯度材料的等效力学性能用Voigt或Mori-Tanaka模型表征;梁的位移场用Shi改进的三阶剪切变形板理论描述;压电层的电势场用Layer-wise理论分层表征,且呈高阶非线性电势场的压电层可离散成数个子层。用Hamilton原理推导了压电功能梯度梁的力-电-热耦合单元列式,用拟协调元法给出了多场耦合梁单元的高计算效率的显式单元刚度矩阵,以及采用线性二次型(LQR)最优控制算法进行压电功能梯度层合梁的最优振动控制。使用所得力-电-热耦合梁单元进行了压电功能梯度层合梁的静力和动力分析。数值算例表明,所得力-电-热耦合梁单元可靠、准确和高效,LQR最优控制算法得到最优控制电压可有效抑制功能梯度梁的振动且实现控制系统能量的优化。     

复合材料层合梁接触损伤问题的分析

将连续介质损伤力学的分析计算方法与层合梁无损伤接触问题的分析相结合, 分析层合梁在接触载荷作用下, 层间胶层的损伤分布及应力分布。采用逆解法得到复合材料层合梁无损伤接触问题的解答, 在此基础上, 用附加载荷法与迭代法, 进行接触损伤分析, 得到了层间胶层的损伤分布及应力分布。计算结果显示, 该方法收敛性好, 求解简单。      

不同边界条件下脱层对层合梁自然频率的影响

本文研究了层合梁的脱层现象对其自振频率的影响。文中详细分析了脱层对层合梁振动频率的敏感性及相互关系,特别对在不同边界条件下,脱层的特征对前8阶自振频率的影响进行了研究。计算与分析结果表明,脱层现象对第1、2阶自振频率具有较大的影响,其影响程度依赖于边界条件。而第3阶以后的频率则对脱层的敏感性较低。本文给出的关于层合梁自振频率变化规律和边界效应关系的结果,将对结构动力设计和无损检测提供理论依据和重要参考。     

层合梁脱层分析的精细解法

提出了层合梁脱层分析的一种半解析模型及相应的精细积分法。首先沿层合梁面内离散,由修正Hellinger-Reissner 变分原理导出各层的半解析方程。然后将各层等分为若干子层,利用相邻子层间状态量的精细积分关系式,将半解析方程转化为一组几乎无离散误差的代数方程。最后,利用各层代数方程系数矩阵的块三对角形式,建立了一种高效的递推消元方法。该文方法不仅具有极高的精度和效率,同时还能处理多种边界条件(包括脱层条件),以及能很好地克服病态的影响。数值算例充分证明了该文方法的有效性。     

复合材料变截面旋转薄壁悬臂梁自由振动分析

基于拉格朗日方程推导出复合材料封闭变截面旋转薄壁梁的自由振动方程。与基于哈密顿原理的动力学建模方法相比,该文所采用的方法更为简洁。此外,在薄壁梁的结构模型中还考虑除横向剪切外的扭转、拉伸和弯曲引起的翘曲,具有考虑翘曲因素多的特点。给出了两种刚度配置下的变矩形截面旋转悬臂直梁的自由振动方程简化形式及其相应的迦辽金法求解的固有频率。基于大型通用有限元软件ANSYS,计算了薄壁变截面旋转悬臂梁的固有频率,并且与迦辽金法的求解结果进行了对比。分析了复合材料的弹性耦合、铺层角度、截面变化和旋转速度对薄壁梁的自由振动的影响。     

热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的横向自由振动

基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构方程,采用复合材料细观力学分析方法,建立了热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的一维热弹性本构关系。其次利用Euler-Bernoulli梁的轴线可伸长几何非线性理论和自由振动理论,建立了嵌入SMA丝复合材料梁在均匀升温场内自由振动的动力学控制方程,导出了热过屈曲构形附近嵌入SMA丝复合材料梁微幅横向自由振动的模型。最后通过打靶法求解了两端固定约束条件下嵌入形状记忆合金丝复合材料梁在加热过程中的振动响应,获得了梁的前四阶固有频率在不同SMA相对体积含量时随温度变化的特征关系曲线。数值结果表明,SMA丝相变过程中的回复应力和弹性模量变化对梁在过屈曲前后的各阶固有频率均有影响,是实现梁自振频率主动控制的一种有效方法。     

脱层复合材料梁的多参数振动反分析

本文研究了具任意脱层复合材料梁的多参数振动反分析。基于弹性理论建立了考虑横向剪切变形时复合材料脱层梁的基本方程式。对脱层梁进行了分区处理，方便地描述了脱层长度、脱层位置。利用边界条件、区间位移连续性条件和弯矩剪力平衡条件建立了反分析的特征方程式。由系统的特征方程式求出主要参数的初值，采用逐步搜索的方法，利用一阶振型振幅比值之方差为最小，求出其余待定参数。为工程无损检测提供理论依据。     

考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究

组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。     

体外预应力钢-混凝土组合连续梁自振频率分析

为研究预应力组合连续梁的自振频率,建立双折线型体外预应力钢.混凝土组合两跨连续梁振动特性的分析模型,并在Ayaho Miyamoto的基础上,推导出双折线型体外预应力组合连续梁振动方程.通过对振动方程进行拉普拉斯变换,得到了连续梁在对称振型和反对称振型下的全部频率计算公式,分析了等效轴向力对组合连续梁频率的影响规律.和...     

埋入形状记忆合金丝的复合材料圆柱壳壁板的热振动特性分析

采用有限元软件ABAQUS实现了埋入形状记忆合金（SMA）丝的复合材料圆柱壳壁板结构热振动特性分析．基于“ang-Rogers本构模型编写用户子程序（UMAT）模拟形状记忆合金材料的超弹性行为和形状记忆效应，并在不同温度和应力状态下验证了程序的正确性．基于此程序，计算了埋入SMA丝的复合材料圆柱壳壁板在温度和机械载荷作用下的一阶固有频率，分析了其热振动特性和屈曲特性．模拟结果表明：加热驱动SMA丝一般会提高结构的固有频率和屈曲临界，SMA丝的数量对结构的热振动和屈曲特性有显著影响。这些结论将对智能复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导作用。     

六边形孔蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪性能分析

该文对不同参数下的正六边形孔蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪性能进行了试验与有限元分析研究。以试验研究为基础,基于有限元软件ABAQUS 建立非线性有限元模型,对不同开孔率、不同翼缘宽度和厚度的蜂窝梁和蜂窝组合梁进行分析比较,发现蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪承载力大小与翼缘厚度、开孔率和连接程度均有关。结果表明:蜂窝梁翼缘厚度变化对其抗剪承载力影响较大,而蜂窝组合梁中翼缘厚度的变化对其抗剪性能影响相对较小;混凝土板提高了蜂窝梁的抗剪极限承载能力;最后,给出蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪计算公式。     

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。     

Reddy高阶组合梁的非线性有限元分析

该文基于Reddy高阶梁理论,提出了小变形双层组合梁的隐式运动学假定;应用拉格朗日乘子法,将该隐式关系引入到组合梁的最小势能原理,得到了考虑各子梁和粘结滑移层非线性材料特性的高阶组合梁非线性位移法有限单元,且该单元可以容易地转化为非线性Timoshenko和Euler-Bernoulli组合梁有限单元。随后,该研究分别应用提出的Reddy、Timoshenko和Euler-Bernoulli组合梁有限单元对双跨连续钢-混凝土组合梁进行了准静力分析,考察剪切效应对组合梁构件的挠度、粘结层滑移和截面应力的影响,且参数分析了组合梁的跨高比对剪切效应的影响。参数分析表明：短粗组合梁结构往往表现出显著的剪切效应,Newmark假定不再适用。     

计及结构阻尼的等截面梁纯弯曲振动的非线性分析

针对考虑挠度微分方程中高阶项所引起的几何非线性及材料阻尼所引起的阻尼非线性的梁，建立了梁纯弯曲振动时的非线性运动方程。利用非线性理论对该非线性问题进行了研究，得到了周期解稳定和不稳定区域的分界线方程和频率响应方程，得到忽略梁非线性因素的条件，得到了梁挠度微分方程中高阶项所引起的几何非线性项具有软特性效应等四点结论。