双向弯曲与扭转耦合Bernoulli-Euler薄壁梁稳定问题求解

基于薄壁杆件理论,研究了Bernoulli-Euler薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的稳定问题.运用能量变分原理,推导了薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的振动微分方程,引入轴向荷载的影响,建立了求解稳定的特征方程,运用降阶法和变轴向荷载的扫描法求得了薄壁梁稳定临界力的解析解.通过算例验证,证明了本文计算的稳定临界力收敛的可行性,并与有限元法结果吻合较好,验证了本文方法的正确性.     

含表面裂纹简支梁的非线性振动分析

对含表面裂纹简支梁在大幅振动下的几何非线性进行了理论分析,从建立了梁的非线性振动的半解析解.用Rayleigh方法将振型函数表示为线性模型振型函数的组合,建立了梁非线性振动的第一阶振型函数的显式表达式,数值模拟计算了不同的裂纹深度和给定不同第一函数系数a1对梁最大位移的影响.建立的显式方程简单,易于工程应用.     

沿轴向飞行粘弹性夹层梁热弹耦合振动响应分析

研究了沿轴向飞行粘弹性夹层梁的热弹耦合振动响应.考虑材料变形与传热的相互影响,建立了轴向运动粘弹性夹层梁的热弹耦合振动控制方程;将方程中激励项(温度函数与外激力)拟合为时间的函数,采用伽辽金法得到方程的位移解,并在每一个微小的时间段内采用迭代收敛的数值方法对热传导方程进行求解得到温度场.使用数值方法讨论了轴向飞行运动速度和热载荷持续时间对其振动响应的影响.研究表明:稳定振动时飞行速度对位移影响较大,对温度影响较小;热冲击对振动位移响应有较大影响,并改变振动特性.     

梁摆系统耦合振动分析

分析了梁摆系统的耦合振动,梁和摆均考虑为线性.研究发现该系统含有非线性动力行为,在某些条件下会发生叉形分叉.用结构动力学理论建立了梁摆系统的耦合振动方程,用摄动法求出了系统的近似解,分析了该系统的动力响应及分叉.最后用MATHMATIC软件对分叉点前后动力响应进行分析.     

移动简谐力激励非线性无限长地基梁稳态响应

同时计入地基中的非线性弹性、黏性以及剪切作用的影响,研究移动集中简谐力作用下无限长地基梁稳态响应问题.假设基础非线性弹性为立方非线性.通过Adomian多项式分解方法和Fourier变换得到梁稳态响应的Green函数,再运用Fourier逆变换得到梁稳态响应近似解析解的积分表达式.最后对解析积分表达式应用留数定理得到复数域上的解.通过数值算例,考察了移动集中简谐力的频率和移动速度对无限长地基梁稳态响应的影响.另外,还通过算例对比研究了地基的非线性弹性系数和剪切系数对无限长地基梁稳态响应的影响.     

用Timoshenko修正理论研究有梯度界面层双材料梁的振动特性

采用Timoshenko梁修正理论研究了有梯度界面层双材料梁的振动问题,利用静力方程确定了有梯度界面层双材料梁的中性轴位置,在此基础上应用Timoshenko梁修正理论建立了有梯度界面层双材料梁的振动方程,求得其自振频率表达式及其在简谐荷载作用下强迫振动的解析解.讨论分析了梯度界面层高度等因素对有梯度界面层双材料梁的振动影响,并用有限元法验证了Timoshenko梁修正理论.通过实例计算,得到了梯度界面层高度等因素对有梯度界面层双材料梁振动特性有较大影响的结论.     

自由运行结构动态载荷识别的格林函数法

将Green函数法应用于平动自由结构的载荷识别问题.不计刚-柔耦合效应,建立测点的绝对运动加速度和动态激励的卷积关系,Green核函数由整体刚体运动与弹性振动的脉冲响应迭加而成,采用正则化方法求解反卷积问题.对自由梁和组合薄壁结构给出两个算例,以数值仿真结果叠加20%噪声水平的随机噪声模拟实测响应,结果表明,Green函数法能有效地反演复杂平动自由结构的动载荷,正则化方法求解此类问题的稳健性和耐噪性强.文中得到的Green函数法对复杂自由结构体系的动载荷反演具有应用潜力.     

受轴向激励弹性支承梁的稳定性分析

对于广泛存在的弹性支撑梁,首次呈现支承弹簧刚度对轴向激励下梁横向振动稳定性的影响.应用Hamilton原理,建立了两端由线性弹簧支撑的受轴向激励梁的动力学控制方程.通过解析方法计算了受轴向压力梁的固有频率,得到了支撑弹簧刚度与系统固有频率和临界轴力的关系.Galerkin截断后,通过多尺度法和Runge-Kutta法,计算得到了梁参激振动稳态响应的半解析与数值解.讨论了激励幅值、支撑弹簧刚度、平均轴力对系统非线性响应幅值及软硬特性的影响.利用Routh-Hurwitz稳定性判据,求得系统的参激稳定边界,着重讨论了支撑弹簧刚度、阻尼系数的影响.研究发现,边界支撑弹簧的刚度可以显著改变受轴向激励梁的参激稳定边界.因此,研究结果将为广泛存在受到轴向激励结构的设计提供指导.     

激光脉冲作用引起的梁形微谐振器的振动

在激光脉冲作用下,有两个因素需要考虑:一个是热传导的非傅立叶效应,另一个是温度场与应变场的耦合导致能量耗散,使物体的机械能转化为热能,并且这是不可逆的.本文综合考虑上面两个因素,研究了激光脉冲作用下微米尺度梁谐振器的热弹性耦合问题.采用Fourier变换与Laplace变换相结合的方法求解梁的横向振动,并分析不同环境温度与能量吸收深度的影响.     

面向对象有限元并行计算框架PANDA的多物理场耦合服务

针对结构分析软件面向多物理场的应用,分析讨论面向对象有限元并行计算框架PANDA的多物理场耦合服务设计,即多物理场分析类型的扩充能力、不同物理场间的数据传递和多物理场耦合分析的求解策略.在PANDA提供的多物理场耦合服务的基础上,开展热-力耦合分析功能的程序开发,实现热弹性分析功能.热弹性分析算例计算结果与ANSYS的...     

声学超材料和声子晶体研究进展

低频振动和噪声的有效控制一直是动力学与控制学科的经典难题,急需新的思路进行交叉研究.作为动力学与控制学科的一个重要分支,声学超材料和生子晶体的研究近年来一直很受重视.在国家科技部门和相关行业的支持下,声学超材料和声子晶体的振动噪声控制机理及其应用研究取得了大力发展.本文从声学超材料和声子晶体的发展趋势和应用前景等研究角度出发,重点介绍了声学超材料的设计方法和隔振降噪特性,力学超材料的抗冲吸能特性,以及声场悬浮与运输方法等三个方面的研究成果.这些成果在一定程度上反映了作者们目前所关注的问题和拟解决途径,希望能给声学超材料和声子晶体的其他研究者们提供一些借鉴和参考.     

Artificial intelligence based optimization for vibration energy harvesting applications

This paper deals with optimization studies based on artificial intelligence methods. These modern optimization methods can be very useful for design improving of an electromagnetic vibration energy harvester. The vibration energy harvester is a complex mechatronic device which harvests electrical energy from ambient mechanical vibrations. The harvester design consists of a precise mechanical resonator, electromagnetic converter and electronics. The optimization study of such complex mechatronic device is complicated however artificial intelligence methods can be used for set up of optimal harvester parameters. Used optimization strategies are applied to optimize the design of the electro-magnetic vibration energy harvester according to multi-objective fitness functions. Optimization results of the harvester are summarized in this paper. Presented optimization algorithms can be used for a design of new energy harvesting systems or for improving on existing energy harvesting systems.     

流固耦合动力学与控制专题序

围绕管道流固耦合振动建模理论与方法、流致振动与控制、涡激振动抑制等研究主题,本专刊介绍了流固耦合动力学与控制领域的一些研究成果.     

谐振频率转换机制振动能采集器研究进展

环境振动能采集器可为低功耗系统提供绿色环保、可再生能源,具有寿命长久、能量密度高、微型、易集成等优势.能量采集环境具有随机振动频率低、频域广、振源幅值小且多方向性等特点,频率转换机制可有效解决采集器与环境振动频率不匹配问题,提高其能量转换效率.发电装置中的拾振结构频变方式主要分为接触式和非接触式,具体操作方法包括直接或间接碰撞拾振体、驱使振动体形变、磁力耦合调频等.综合比较了各类频率转换机制的优缺点及其实用性,指出了低宽频、高效能、智能化是未来振动能采集微电源的研究趋势.     

桥梁工程中动力学与控制研究进展

土木工程中的动力学与控制问题不仅涉及各个二级学科的多个研究方向,同时也与动力学与控制学科的各研究方向息息相关,涉及面太宽.因此,本专刊将范围聚焦到了桥梁工程中的动力学与控制问题.简要回顾了桥梁的局部构件和整体模型的自由振动,不同荷载作用下的动力学问题,特别是非线性振动问题,以及拉索的振动控制研究.最后为进一步的研究提出了一些想法.     

微型双稳态板压电俘能器的仿真研究

基于中间固定、四边自由的微型压电层合板模型,应用应变梯度理论考虑其尺寸效应,借助ABAQUS用户自定义子程序(UEL)模块自定义了一种三维八节点的微型压电单元.利用有限元法热-力-电耦合分析对微型双稳态板压电俘能器进行了仿真研究,发现其在不同的激振频率下存在不同的变形状态,非线性动态分析显示该结构在其一阶固有频率之前也能俘获较多电能,且存在多态转换交替出现的现象.针对该微型双稳态压电俘能器,给出了其最佳的工作频率和最大俘获电压.研究成果对微型压电俘能器的设计分析和性能检测具有重要的指导意义.     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

低频振动能量收集装置的设计和数值模拟

针对低频振动条件,设计了一种高效的振动能量收集装置。该装置形成闭合磁路,大幅度提高了能量获取能力;同时利用多齿结构,提高装置中线圈磁场变化的频率,使其适应于低频振动环境。论文在介绍了装置的结构和工作原理后,借助Ansoft Maxwell软件进行了数值仿真。利用静态仿真对比了不同相对磁导率的导磁材料以及不同气隙宽度对线圈最大磁感应强度的影响;利用动态仿真给出感应电压和能量损耗。根据仿真数据计算了该振动能量收集装置在1 Hz低频振动下所能达到的最大平均功率,该功率远高于已见报道的同类装置的功率值,表明该装置能为无线传感器网络节点供电。     

A simple model for aquatic plant management

Aquatic plants have become a problem in many freshwater bodies. Several control techniques are available, but mechanical methods (eg. harvesting) have advantages in some circumstances. Since the effectiveness of mechanical methods has been variable, a model has been formulated to investigate the impact on the plants of several harvesting regimes. The model reproduces the observed dynamics of unperturbed growth very well, and shows reasonable dynamics for harvested plants. Results from the model suggest that July is the optimum time to harvest, but that harvesting cannot be viewed as more than a temporary relief to the plant problem.     

大型海上风力发电高塔系统一体化分析建模研究

大型海上风力发电高塔系统的精细化建模与整体可靠性设计对保障风能资源开发的安全性与经济性日益重要.本文结合柔体动力学与有限元建模,考虑气动耦合效应、桩土相互作用、塔体前后运动控制和非线性转矩控制,建立了大型海上风力发电高塔系统一体化分析模型(Sto DRAOWT模型).与国际上通用的风机分析软件分析结果对比表明,本文建立的Sto DRAOWT模型分析结果可信,建模更为全面合理,计算效率更高.在此基础上,实现了风浪联合作用下海上风力发电高塔整体系统的动力响应分析,为大型海上风力发电高塔系统的随机响应分析与可靠性设计奠定了基础.