压电复合材料悬臂板1∶3内共振的非线性动力学分析

本文以飞行器机翼为工程背景,将机翼简化为悬臂板模型,在应用经典板理论和Hamilton原理建立横向和面内激励共同作用下压电复合材料悬臂板的无量纲非线性偏微分方程的基础上,利用Galerkin方法将系统离散为两自由度的非线性常微分方程.然后考虑主参数共振-1∶3内共振,运用多尺度法将两自由度的系统控制方程进行摄动分析,推导出四维平均方程.基于四阶Runge-Kutta法,使用MATLAB软件研究了横向外激励幅值和压电参数项对压电复合材料悬臂板非线性动力学行为的影响.结果表明,系统存在周期和混沌运动,所得结论对实际工程具有指导意义.     

石墨烯三相复合材料板的非线性动力学研究

研究带有石墨烯涂层的1-3型压电纤维复合材料(MFC-GP)简支板结构的非线性动力学特性.首先,基于Reddy一阶剪切变形理论、Von Kármán位移应变关系以及Hamilton原理,推导了MFC-GP复合材料板的非线性偏微分方程.根据边界条件选择适当的模态函数,利用Galerkin法将偏微分方程离散成两自由度的常微分方程.采用多尺度方法进行摄动分析,得到结构在1∶1内共振下的频响方程,分析了石墨烯体积分数、电压、温度等对结构非线性频响曲线的影响.通过数值模拟,运用分叉图、相图、波形图研究了外激励对MFC-GP板非线性振动响应的影响.结果表明:不同参数及外激励下,结构出现了复杂的非线性动力学行为,对今后的工程实际应用具有一定的指导意义.     

复合材料悬臂外伸板的非线性动力学建模及数值研究

研究了横向气动载荷和参数激励联合作用下复合材料悬臂外伸矩形板在伸出过程中的非线性动力学问题.根据Reddy的高阶剪切层合板理论,应用Hamilton原理建立了外伸板在横向气动力和参数激励作用下的非线性动力学方程,其中横向气动力采用一阶活塞气动力.然后应用Galerkin方法对系统偏微分形式的非线性方程进行离散,得到了一组时变系数的非线性动力学方程.在此方程的基础上,对复合材料悬臂外伸板进行了数值模拟分析,讨论了外伸速度对悬臂外伸板非线性动力学特性的影响.     

斜拉桥索-面-塔三自由度非线性振动模型及其1∶2∶1内共振分析

研究斜拉桥拉索-桥面-桥塔的三自由度耦合振动模型及其1：2：1内共振问题．将拉索简化为两端有弦连接的质量块,将桥面和桥塔分别视作只有竖向振动和只有横向振动的弹簧质量块系统,建立了桥塔-拉索-桥面三自由度耦合非线性振动模型．利用多尺度方法得到了系统发生1：2：1内共振的条件．对系统的内共振进行了数值模拟,结果表明索-面-塔在初始扰动下会发生1：2：1内共振,能量会在系统各部分之间发生有规律的传递和交换．     

悬臂式蜂窝夹层板的非线性动力学建模及分析

蜂窝夹层结构因其良好的力学特性,在众多工程领域具有非常广泛的应用.本文建立了悬臂边界条件下,蜂窝夹层板的动力学模型并研究其非线性动力学行为.选取文献中更加接近实体有限元解的等效弹性参数公式对蜂窝芯层进行等效简化,得到六角形蜂窝芯的等效弹性参数.基于Reddy高阶剪切变形理论,应用Hamilton原理建立悬臂式蜂窝夹层板在受到面内激励和横向激励联合作用下的偏微分运动方程.然后利用Galerkin方法得到两自由度非自治常微分形式运动方程.在此基础上,通过对悬臂式蜂窝夹层板进行数值模拟分析系统的非线性动力学.结果表明面内激励和横向激励对系统的动力学特性有着重要影响,在不同激励作用下系统会出现周期运动、概周期运动以及混沌运动等复杂的非线性动力学响应.     

压电纤维复合材料层合壳的非线性动力学研究

本文对横向激励作用下的1-3型压电纤维复合材料层合壳进行了非线性动力学分析,并研究了压电特性对结构振动响应的影响.首先建立了压电纤维复合材料层合壳的非线性动力学方程,并且在已知的几何结构和材料特性基础上考虑了电场属性.然后根据位移边界条件,选择合适的振型函数,通过Galerkin方法将运动控制方程转化成两自由度的非线性常微分方程.通过数值模拟方法分析了横向激励和压电系数对压电纤维复合材料层合壳非线性振动特性的影响.通过波形图、三维相图、庞加莱图和分叉图等来研究壳体不同类型的周期和混沌运动.结果表明,外激励作用下结构存在复杂的非线性振动响应,同时压电参数对层合壳结构振动响应具有很强的调节作用.     

5∶3内共振轨道的非线性动力学研究

在平面圆型限制性三体模型基础上,详细研究了处于5:3内共振的二阶共振轨道的动力学特性和演化.计算并得到了处于精确共振时的临界半长轴、临界偏心率和共振角与相位之间的关系.计算获得了(θ, a)平面上的庞加莱截面,系统地分析了偏心率、初始位置对于二阶共振轨道拓扑结构的动力学影响,解释了共振岛屿数量的转迁过程.利用庞加莱截面得到了一些经典轨道,如周期、概周期和混沌轨道,研究了小天体轨道的演化过程.在(θ, e, a)空间内生成共振域,得到了可视化的稳定域和混沌域.     

悬索的超谐波共振与1∶3内共振分析

研究了悬索在超谐波共振和1∶3内共振共同作用下的两模态响应.首先利用Galerkin方法对悬索的面内运动方程进行离散,得到无穷维离散模型.并利用多尺度法推导出悬索同时发生超谐波共振和1∶3内共振时的平均方程以及近似响应.最后研究了平均方程的稳态解以及垂跨比对幅频曲线、水平张力以及时间历程的影响.     

受电压激励的复合材料悬臂板的分叉分析

以飞行器机翼作为工程背景,将机翼简化为悬臂板模型,研究了受横向电压激励、基础激励、面内激励联合作用下复合材料层合悬臂板的非线性动力学问题.首先建立其动力学模型,考虑冯-卡门大变形理论,利用Hamilton原理建立复合材料层合悬臂板的非线性动力学方程;选择符合边界条件的模态函数,利用Galerkin方法对系统进行四阶离散,得到四自由度非线性常微分方程;代入系统实际物理参数,应用MATLAB软件数值模拟得到系统振动幅值随电压激励变化的分叉图,由图可知,电压激励使系统从混沌运动变为倍周期运动,降低了系统振幅,保持系统的稳定.     

蜂窝夹层板的非线性动力学研究

研究了正六角形蜂窝夹层板的非线性动力学问题.考虑高阶横向剪切变形和横向阻尼的影响,建立了面内激励和横向外激励联合作用下的四边简支蜂窝夹层板的非线性偏微分运动控制方程.综合运用Galerkin方法和数值方法,模拟不同激励作用下的混沌运动,得到二维相图、二维波形图和频谱图.研究结果表明:随着激励的增加,系统会重复呈现周期运动、混沌运动、周期运动的变化规律.     

三阶剪切变形板的振动特性研究

对于中厚板或层合板而言,横向剪切变形的影响是显著的,采用三阶剪切变形理论比采用经典薄板理论和一阶剪切变形理论能更好的满足精度的要求,而且能更好地描述板的剪切变形和剪应力沿厚度方向的分布情况.本文用解析的方法研究了简支、自由和固定三种边界条件的任意组合下三阶剪切变形板的自由振动问题.首先应用哈密顿原理建立自由振动方程,再通过引入中间变量使得原来耦合的自由振动方程得到解耦和简化,基于分离变量法,利用边界条件得到基函数的表达式,利用Rayleigh-Ritz法,求得三阶剪切变形板在任意边界条件下的固有频率和振型.本文得到的结果可以为厚板在工程中的应用提供理论依据,具有较高的工程实际应用价值.     

含几何缺陷的均质材料悬臂薄板的自由振动

以TC4钛合金均质材料悬臂薄板为研究对象.基于经典板壳理论,通过Rayleigh-Ritz法,根据悬臂板边界条件预设模态函数,求得包括全局、局部的函数型几何缺陷的悬臂板的前四阶固有频率.探究了悬臂板的缺陷类型、尺寸、位置等多种因素对自由振动的影响.     

单侧限位悬臂梁碰撞系统的动力学实验研究*

对构造的单边碰撞悬臂梁系统进行实验的定性研究,在基础激励实验中,变换多次激励频率,通过加速度传感器测量悬臂梁测点的响应信号,并通过力传感器测量得到限位器与柔性悬臂梁之间的碰撞力.通过Matlab软件对实测响应的时、频域分析处理,观察到系统复杂的周期、概周期、混沌等多种运动形式,并发现其中运动形式变化的区间存在突变.尝试对实验时域数据计算最大Lyapunov指数,以进一步验证其中混沌的存在,进一步发现了混沌响应下末端加速度响应与碰撞力的传递函数具有频响函数特征.实验研究体现了非线性动力学现象,也对分析应用混沌运动的实验结果提供了一个新视角.     

Application of isogeometric method to free vibration of Reissner–Mindlin plates with non-conforming multi-patch

The isogeometric method is used to study the free vibration of thick plates based on Mindlin theory. The Non-uniform Rational B-Spline (NURBS) basis functions are employed to build the thick plate’s geometry models and serve as the shape functions for solution field approximation in finite element analysis. The Reissner–Mindlin plates built with multiple NURBS patches are investigated, in which several patches of the model have multi-interface and different patches may share a common point. In order to solve the non-conforming interface problems, Nitsche method is employed to glue different NURBS patches and only refers to the coupling conditions in this work. Various plate shapes, different boundary conditions and several kinds of thickness-span ratios are considered to verify the validity of the presented method. The dimensionless frequencies for different cases are obtained by solving the eigenvalue equation problems and compared with the existing reference solutions or the results calculated by ABAQUS software. Several numerical examples exhibit the effectiveness of the isogeometric approach. It shows that the natural frequencies of the Reissner–Mindlin plate can be successfully predicted by the combination of isogeometric analysis and Nitsche method.     

用瑞利-里兹法求解失重液滴的自由晃动

失重作用可能在空间中构造理想的球形液滴,它在空间流体科学、空间材料合成等中均有应用.在轨操纵中共振可能引起液滴的变形而影响实验质量,了解液滴晃动特性对空间实验的设计和避免与支撑结构的共振都有帮助.用瑞利-里兹法研究了失重液滴的自由晃动问题,给出了液滴自由晃动的频率和模态函数.可利用表面上的动力学条件研究自由液滴的晃动特性,但由于耦合系统复杂,往往用能量法加以研究.该方法作为一种能量法,可为进一步研究失重环境中的液滴和支撑结构的耦合振动问题提供可行的途径.     

保守系统中非线性振动问题的数值解法

用目标函数方法寻求保守系统中非线性振动问题的解．以摆的运动作为例子,对相关的微分方程在初位移不为零而初速度为零条件下在时间上进行积分．此时,速度为时间的函数,把此函数称为目标函数．因为摆从右侧到左侧再回到右侧完成一个周期,从而此目标函数的第2个零点便是运动的周期．此外,在数值积分过程中,同时得到了位移函数．此法依赖于常微分方程的数值解法和找函数零点的对分法．某些其它非线性常微分方程的解也得到研究．最后,给出了一些例子和数值结果．     

集中荷载作用下悬索的主共振分析

针对集中荷载作用下两端固定悬索在集中荷载点外激励作用下悬索系统发生的强迫振动,研究了激励频率接近悬索主共振频率时,系统产生的主共振.采用多尺度法,得到了各阶振型的主共振分叉图和主共振分叉点的解析解.通过实例计算,得到了悬索的各阶振型的线性频率与集中荷载以及集中荷载的位置关系,还得到了各阶振型的主共振分叉图和各阶振型的主共振点相平面图.     

消隔组合X型减振器设计与动力学分析

本文将一种X型结构与线性弹簧阻尼减振器相结合构成一种兼具消振和隔振性能的新型X型减振器.基于拉格朗日方法建立单自由度线性振子耦合消隔组合X型减振器系统的动力学方程,应用谐波平衡法得到系统稳态响应的近似解析解,并通过Runge Kutta法得到系统的数值解验证解析解的正确性.讨论了不同的基础激励下新型X型减振器对系统的响应幅值以及位移传递率的减振效果.此外,分析了不同参数对系统的幅频响应曲线以及位移传递率的影响.研究结果表明,新型X型减振器不仅可以将线性刚度转化为非线性刚度,还可以为系统提供负刚度,拥有优秀的消振和超低频隔振性能.