高温下含裂纹铝合金梁自由振动频率分析

针对高温下含裂纹梁损伤振动的研究中不考虑温度对材料性能的影响等不足,分析了含裂纹简支梁的振动频率随温度的变化趋势,建立了高温下含裂纹简支梁的振动频率方程,并对高温下含裂纹简支铝合金梁进行了数值模拟运算,分析了其振动频率随温度的变化情况,给出了高温下含裂纹铝合金简支梁的振动频率与弹性模量的关系式.分析结果表明:温度的升高导致了材料弹性模量的下降,而弹性模量的下降又导致了梁自振频率的降低,随着温度的升高,裂纹的相对深度越大,梁自振频率下降幅度越大;裂纹位置离支座越近,对梁自振频率的变化影响越小.     

FRP加固含裂纹RC梁的谐振动分析

裂纹的存在使RC梁的承载性能受到很大影响,基于Euler-Bernoulli梁理论,利用Hamilton能量变分法推导,得到了FRP加固含裂纹RC简支梁的谐振动微分控制方程,并利用Galerkin方法对方程进行数值求解,讨论了在单激励和双激励简谐荷载下,裂纹深度、裂纹位置、钢筋以及FRP对RC简支梁动力响应的影响。结果表明,在外激励荷载作用下,随着裂纹深度的扩展,梁位移响应值增大。裂纹深度相同时,裂纹在梁跨中1/2位置时加固梁的位移响应值最大,靠近梁端时位移响应值逐渐变小;发生共振时,裂纹深度的扩展将使梁的共振频率减小;钢筋对FRP加固含裂纹RC梁的动力响应影响较大,而对FRP的影响较小。     

含裂纹简支梁的非线性振动研究

研究含裂纹的简支梁在移动质量车辆模型作用下的非线性动力响应。根据哈密尔顿能量原理,考虑梁的几何非线性和裂纹处的释放能影响,推导出在移动质量车辆模型和含裂纹的简支梁相互耦合作用下车桥系统的非线性运动方程,利用数值方法求解方程。探讨了裂纹对简支梁桥非线性动力响应的影响,分析裂纹长度和位置变化,车速及车重等对裂纹损伤桥梁的非线性振动特性的影响。     

含多裂纹悬臂梁的振动分析

基于Bernoulli—Euler梁振动理论,以等效扭转弹簧模拟裂纹引起的局部软化效应。推导了双裂纹悬臂梁的解析特性方程,提出了识别裂纹参数的“特征方程曲线交点法”。通过数值模拟计算,讨论了裂纹位置与裂纹深度对梁的固有频率的影响。应用有限元软件ANSYS对双裂纹悬臂梁进行模态分析,将得到前3阶固有频率作为实测参数,代入双裂纹悬臂梁的特征方程,通过绘制特征方程曲线图,通过交点确定第2条裂纹参数,最后利用数值算例验证了该方法的有效性。     

基于有限元方法的裂缝箱梁桥自振特性分析

为了准确分析裂缝箱形截面梁的自振特性,基于局部柔度形成的基本原理推导了箱型截面梁在深裂缝和浅裂缝情况下的附加柔度矩阵,得到了裂缝梁单元的刚度矩阵,进而形成了基于有限元方法的裂缝箱梁桥自振特性分析方法.对裂缝悬臂钢梁进行动力特性实验,将实验结果与自振频率计算结果进行对比分析以验证本文方法的准确性与可靠性.对连续钢筋混凝土箱梁进行数值分析,剖析了裂缝位置、深度和数量对箱梁桥的自振频率的影响以及裂缝对振型的影响.     

无粘结预应力筋与简支梁耦合振动的特性

为了研究无粘结预应力梁振动特性,基于预应力筋和梁的分离式模型及其耦合振动特性,建立了预应力筋随梁耦合振动的张拉力变化时程方程和耦合振动特征方程。通过6根无粘结预应力钢筋混凝土梁电磁激振器扫频试验,测试了不同预应力条件下梁的基频。理论和试验的研究结果表明无粘结预应力对等值杆梁结构自振频率没有直接影响,但其布筋形态和预应力筋抗拉刚度影响梁自振特征值。     

中间支撑轴向运动微梁的横向振动研究

首先基于Euler梁模型和修正偶应力理论,利用虚功原理建立中间支撑轴向运动微梁横向自由振动控制方程,采用有限差分法对控制方程进行离散化,结合两端简支的边界条件导出系统广义复特征方程;然后计算并分析轴向运动微梁横向振动固有频率随轴向运动速度、梁厚度、预应力等参数的变化,将部分结果与经典理论所得结果进行了对比,给出了特定参数下的前两阶模态函数,据此说明弹簧刚度及布置位置对系统振动的影响;最后导出计算临界速度的离散方程,讨论了预应力和弹簧刚度对临界速度的影响.结果表明:轴向速度增大则固有频率降低;材料内秉特征尺寸参数对梁的振动特性影响显著;各阶固有频率随着轴向预应力的增大而增大;预应力增大导致临界速度增大;弹簧对固有频率和临界速度的影响不仅与弹簧刚度有关,而且与布置位置有关.     

一种双稳态减速带振动俘能装置发电性能研究

本文提出一种双稳态减速带振动能量俘能装置,将屈曲梁和单向离合器引入到减速带中,分析屈曲梁产生双稳态振动的条件;根据非线性恢复力与势能方程,推导出平衡点位置、势阱深度与屈曲梁参数的关系式.建立车辆?减速带振动能量俘能装置力学模型及动力学方程,将该减速带振动俘能装置与单稳态线性俘能装置、无单向离合器的单稳态俘能装置的发电电...     

海底隧道地震动力响应研究

高水压作用下海底隧道的地震动力响应是一个需要深入研究的问题.基于Winkler地基模型,利用动力平衡条件和微分关系推导出了仅由弯曲引起的梁振动方程,利用分离变量法求得了海底隧道的振型和自振频率,并推导出了地震作用下海底隧道与地基之间的动力相互作用系数以及隧道结构位移表达式.通过算例计算研究了水压对于结构的自振频率、结构位移以及相互作用系数的影响.研究表明,高水压作用下结构的地震动力响应不可忽略.     

线性分布载荷作用下功能梯度简支梁弯曲解析解

针对线性分布载荷作用下,材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲问题,利用应力函数法,对其解析解进行了研究.首先引入了一个应力函数Φ,根据平面应力状态的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了应力函数及各向应力的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了结构应变和位移的分布.通过将本文的解析解与有限元仿真结果进行对比,验证了计算结果的正确性;并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,得到了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数n对应力和位移分布的影响.     

含裂纹旋转叶片结构的振动特征分析

利用铁摩辛柯悬臂梁简化模型分析计算含裂纹旋转叶片结构的固有振动特征.通过传递矩阵法推导出含裂纹悬臂梁固有频率及模态的数学方程式.分别应用传递矩阵法和有限单元法对实际悬臂梁的固有频率和模态进行计算,比较两种计算结果的差异和变化趋势.最后分析裂纹的位置和尺寸对固有频率和模态的影响.计算结果表明:传递矩阵方法能够很好地描述结构的固有振动特征,为实际工程应用提供有效的解析计算方法.     

基于有限元法的转轴裂纹故障诊断研究

采用有限元方法建立转轴的模型,并求解不同裂纹位置和不同深度的裂纹转子前三阶固有频率值.将裂纹位置、深度、前三阶固有频率作为BP神经网络的学习样本,训练出定量诊断裂纹的神经网络.以不同工况固有频率作为输入,用训练好的神经网络即可预测裂纹的位置、深度.研究表明:该裂纹诊断方法精度较高,稳定性较强,易于在工程实践中进行转子裂纹定量诊断.     

弹性支撑及连接边界的多跨曲梁面内自由振动分析

针对弹性支撑边界曲梁的振动问题,采用一种改进的傅里叶级数方法对多跨曲梁面内自由振动特性进行了求解分析.将曲梁面内径向和切向位移函数表示成傅里叶级数形式,并引入辅助多项式函数用以解决弹性边界的不连续性.采用瑞利-里茨方法求解基于能量原理的哈密顿方程,得到关于未知位移幅值系数的标准特征值问题,求解得到多跨曲梁的固有频率和振型.通过单跨、两跨的自由、简支、固支等传统边界及弹性边界的曲梁模型结果与有限元法结果的对比验证了本文方法的正确性,并分析了两跨固支曲梁中间连接刚度对固有频率的影响.     

复杂边界条件轴向功能梯度梁动力学分析

为分析复杂边界条件及截面属性对轴向功能梯度梁动力学特性的影响,采用Gauss-Lobatto节点与Chebyshev多项式对变截面轴向功能梯度梁变形场进行离散,利用Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导了系统的离散控制方程,通过投影矩阵法施加经典及弹性连接边界条件,分析了材料梯度指数、截面变化率、弹性支撑边界条件、末端集中质量等因素对系统固有频率的影响.结果表明:截面变化率和材料梯度指数对固有频率的影响因边界条件不同而不同;悬臂梁的前一阶量纲一的固有频率随着截面变化率的增大而增大,其他情况下则随截面变化率的增大而减小;悬臂梁的一阶固有频率随材料梯度指数先增大后逐渐减小,而其余各阶频率均显示出增大的趋势,而两端固支梁的前两阶频率呈现减小趋势,后两阶频率则显示出增大的趋势;两端简支梁各阶固有频率皆随材料梯度指数增大而增大;随着弹性支承刚度的增大各阶固有频率均呈阶梯状增大,但当弹性支撑刚度较小时,旋转弹簧相较线性弹簧对系统固有频率影响更大;末端附加质量将使固有频率减小且对高阶固有频率的影响更大.     

四边固支金属薄板裂纹检测的实验研究

本文应用结构动力学基本理论对四边固支薄板结构的振动特性进行了有限元仿真分析,探讨了裂纹位置及深度等参数对该结构模态参数的影响,利用有限元分析结果,对四边固支薄板含有损伤裂纹情况下的模态参数进行了实验研究.仿真分析和实验研究均证明裂纹参数对模型有较大影响.     

Experimental and numerical study on crack propagation in pre-cracked beam specimens under three-point bending

A simultaneous experimental and numerical study on crack propagation in the pre-cracked beams specimens(concrete-like materials) is carried out using three-point bending flexural test. The crack propagation and coalescence paths of internal cracks in side beam specimens are experimentally studied by inserting double internal cracks. The effects of crack positions on the fracturing path in the bridge areas of the double cracked beam specimens are also studied. It has been observed that the breaking of concrete-like cracked beams specimens occurs mainly by the propagation of wing cracks emanating from the tips of the pre-existing cracks in the numerical and experimental analyses, respectively. The same specimens are numerically simulated by an indirect boundary element method(IBEM) known as displacement discontinuity method(DDM) using higher displacement discontinuity. These numerical results are compared with the existing experimental results. This comparison illustrates the higher accuracy of the results obtained by the indirect boundary element method by using only a small number of elements compared with the discrete element method(PFC2D code).     

An efficient wavelet finite element method in fault prognosis of incipient crack

Typical structural damage is evidenced by emergence and expansion of incipient crack that is not easy to detect[1]. The crack fault is one of the major causes for damage of the large-scale complicated structure. A serious consequence of expanding crack is frequent occurrence of grave accidents. As a consequence, one of the important orientations in the field of fault diagnosis is to monitor and prognose the location and depth of incipient crack. Prognosis of the incipient fault is a new subjec…     

A novel vibration modeling method for a rotating blade with breathing cracks

This paper proposes a vibration modeling method for a rotating blade with breathing cracks, considering the coupling of the centrifugal effects, the breathing effects and the crack effects. Firstly, considering the combined effects of the centrifugal stress and the bending stress, a crack breathing model for the rotating blade is proposed. Since the crack surface cannot provide the spanwise centrifugal tensile stress, an additional bending moment will be generated at the crack surface in the rotating state.Therefore, an additional bending moment caused by the centrifugal stress is then constructed. In addition, due to the discontinuity of the crack cross section, the additional stiffness caused by the centrifugal effects of the cracked blade will be smaller than that of the normal blade. Therefore, a correction coefficient of the centrifugal stiffness is built. Furthermore, based on the Lagrange equation and the assumed modal method, the vibration equation of the rotating blade with a breathing crack is established(RBC model), and a strategy is constructed for solving this vibration equation. Finally, taking the finite element model(FEM) as a reference, the vibration responses of the RBC model, the open crack model(OC) and the bilinear crack model(BC) are compared. The necessity of the RBC model is illustrated, and the accuracy of the RBC model is verified. The RBC model is a computationally efficient alternative to the finite element analysis for the rotating cracked blade. It can provide an important tool for the vibration modeling and the vibration analysis of the rotating shaft-disk-blade system with cracked blades.