套筒连接结构非线性对梁频漂的影响

针对航天器地面振动试验中的频率漂移问题,研究以一端夹支另一端带套筒连接结构均布载荷驱动下的梁为对象,分析了连接结构的轴向回复力、面内摩擦力、预紧力、面内摩擦系数、间隙等非线性因素对梁基频漂移的影响。讨论间隙非线性时,利用相对振型转换法对梁结构进行处理,研究了有、无预紧力两种情况下系统的幅频响应,确定了上述几种因素对梁受迫振动基频的影响,得到的结论对于研究航天器地面振动试验中的频率漂移现象具有参考价值。     

相对振型转换法求解具有多点限制连续体振动响应

针对任意多处具有任意分段线性限制的连续体,通过变分原理,基于振型转换思想,在前文提出的相对振型转换法(Relative Mode Transfer Method, RMTM)的基础上得到了一种广泛适用的求解该类问题非线性振动响应的方法。利用推导得到的方法研究了一个两端固支中点带限制弹簧梁系统的非线性振动,利用新方法处理了接触振型及非接触振型之间的转换,从算例结果看,本文采用的方法求解时具有收敛性好,精度高等优点。通过梁上受限点振动幅值的分岔图及时程图,讨论了该算例所代表的一类梁系统的幅频响应特点,研究了振型耦合、限制弹簧刚度对响应的影响。利用力积分法(Force Integration Method, FIM)对算例进行求解与相对振型转换法得到的结果进行了对比,印证了新方法的正确性。     

相对振型转换法求解具有多点限制连续体振动响应

针对任意多处具有任意分段线性限制的连续体,通过变分原理,基于振型转换思想,在前文提出的相对振型转换法(Relative Mode Transfer Method, RMTM)的基础上得到了一种广泛适用的求解该类问题非线性振动响应的方法。利用推导得到的方法研究了一个两端固支中点带限制弹簧梁系统的非线性振动,利用新方法处理了接触振型及非接触振型之间的转换,从算例结果看,本文采用的方法求解时具有收敛性好,精度高等优点。通过梁上受限点振动幅值的分岔图及时程图,讨论了该算例所代表的一类梁系统的幅频响应特点,研究了振型耦合、限制弹簧刚度对响应的影响。利用力积分法(Force Integration Method, FIM)对算例进行求解与相对振型转换法得到的结果进行了对比,印证了新方法的正确性。     

螺栓连接鼓筒转子结构动力学特性分析

以螺栓连接鼓筒转子为研究对象,基于有限元软件,首先建立了减缩梁-壳-弹簧混合单元模型;其次通过仿真与实验的固有特性对比验证了减缩模型的准确性;最后分析了螺栓个数、螺栓松动、系统转速对螺栓连接鼓筒转子结构结合面的时变刚度和系统的响应特性的影响规律。研究结果表明:螺栓个数、螺栓松动与系统转速对连接结构的时变刚度和响应特性均有一定的影响,随着螺栓个数的增多,结合面连接刚度不断增大,系统的非线性特性不断减弱;螺栓松动导致连接刚度发生较大波动,并且随着松动个数的增多,系统非线性不断增强;随着系统转速的增大,螺栓连接时变刚度增大,但转速越高其刚度波动越大,导致系统非线性增强。     

不同边界条件下由阻尼材料所制振动梁仿真计算

根据不同边界条件下振动梁的模态测试结果确定了振动梁振型和材料损耗因子,再由谐响应计算得到振动梁激励点和端点峰值、材料损耗因子,比较两种结果的差异,最终发现振动梁试样一端连接激振设备、另一端无约束(为自由端)、水平放置的实验方案最为合理。同时针对单个振动梁试样在测试频段内共振数据少的缺陷,采用改变试样长度、测试多组试样的方法加以规避。     

机车转子非线性系统的动力学分析

随着机车速度的提高,对机车的运行安全性和稳定性提出了更高的要求。主要研究了非线性双转子连续-质量转子系统的动力学模型,综合考虑转子支撑、齿轮啮合刚度等复合非线性因素影响。基于哈密尔顿最小势能原理,建立连续-质量非线性转子系统的动力学模型,对系统进行无量纲化处理,并求解了固有振动频率及振型。采用MR-K迭代法求解强非线性转子系统的数值解。定量分析在支撑刚度、阻尼及其齿轮刚度参数作用下,转子系统的幅频响应变化。结果表明:复杂边界条件下,系统的固有频率对传动系统振动响应影响较明显。当齿面磨损及间隙变化时,齿轮啮合刚度变大,转子系统在固有频率处位移显著增大。轮轨激励的变化,引起系统从动轴横向弯曲幅值变大。     

连接梁的非线性耦合振动分析与实验

采用具有三次非线性刚度的金属橡胶减振器连接两个梁,对其非线性耦合振动进行了分析和实验研究.用格林函数法和谐波平衡法求解了其频域响应.制作了3组实物模型,进行正弦扫描实验,得到上梁中点与激励点之间的加速度传递率,与计算结果对应良好.结合实验与计算结果,讨论了连接参数对系统传递率的影响,发现连接刚度对耦合频率有直接影响,非线性刚度使耦合频率附近的传递率曲线出现了弯曲和跳跃现象,增大阻尼会抑制非线性的影响.     

连接界面迟滞非线性特征的动力学分析

连接界面上多物理场、非线性等力学行为是引起复杂结构动力学的主要原因,会引起结构的刚度软化和幅变阻尼。利用Iwan模型描述连接界面黏滑摩擦行为引起的迟滞非线性特征,采用数值积分获得连接结构非线性力学行为影响的传递特征,将绝对加速度的传递特征转化为相对加速度的幅频和相频特征,进而辨识出连接结构随频率变化的等效刚度和阻尼特征,并且研究了不同激励幅值对连接界面非线性动力学行为的影响。结果表明:Iwan模型能够较好地描述连接面的刚度软化和幅变阻尼特征,随着激励幅值的增加,连接界面的动力学行为由微观黏着控制逐渐转化为宏观滑移控制,等效刚度逐渐下降,表现为结构刚度的非线性软化特征;等效阻尼在微观滑移阶段逐渐增加,但在宏观滑移阶段却有所下降,表现为幅变阻尼的特征。     

桩基非线性轴向受迫振动稳态幅频响应分析

用多时间尺度法得到了一端固定、另一端自由的桩基非线性轴向受迫振动系统主共振时的稳态幅频响应曲线。研究表明:桩基非线性轴向受迫振动的幅频响应曲线不仅与派生线性振动系统的固有频率、土刚度和阻尼系数有关,而且也与振幅、相位和非线性特征量有关。幅频响应曲线中会出现一种典型的振幅跳跃的非线性现象,当激励频率接近线性系统固有频率时,系统产生共振从而响应幅值增大,而且同一激励频率可能会对应于振幅的多个不同值,运动状态具有不稳定性。随着非线性系数的增大,响应曲线峰值侧向弯曲;粘性阻尼会抑制响应振幅的增大;激励振幅增大会导致响应振幅增大。     

错位转换高层建筑结构竖向地震作用下的抗震性能研究

关于错位转换高层建筑结构在竖向地震作用下的动力特性和受力特性的研究目前还鲜有文献,本文采用Sap2000V9有限元程序对一实际带错位转换高层结构竖向动力特性和动力反应进行了分析研究。研究了竖向振型数对上、下部转换梁内力和主要竖向受力构件轴力的影响;用反应谱法和时程分析法计算了竖向加速度、竖向层间位移及竖向动应变,分析了上部、下部转换梁梁端点及梁托柱点所在位置节点动力反应随楼层变化情况,并将转换梁端点的反应和梁托柱的反应进行了对比分析研究。还计算了上、下部转换层梁托柱、承托墙肢、框支剪力墙、框支柱等的轴力,并将其与重力荷载代表值下轴力比值进行了对比研究。研究分析表明,竖向基本振型对构件内力起主要作用,竖向第5阶以上振型对转换梁和各竖向主要构件轴力影响很小;梁托柱点竖向位移、竖向加速度远大于其梁端点的反应;上、下部转换梁端点处竖向构件竖向应变在转换层上一层发生突变;同时会使两错位转换层之间楼层竖向构件竖向应变局部增大;楼层越高,其相应竖向构件的反应谱法与重力荷载代表值、时程均值与重力荷载代表值内力比值就越大;竖向地震作用下承托墙肢顶部一层和框支剪力墙底部三层轴力会发生突变。     

压膜阻尼作用下微机械谐振器动力学分析

静电驱动微机械谐振器由于其高频率、低功耗和小型化被广泛应用于工作在空气中和液体中的化学传感器和生物物种传感器中。对于微机械谐振器,作为表面效应的空气阻尼以及三次非线性静电刚度会显著影响器件的动态响应特性。通过压膜阻尼理论,探究了双端固支梁在自由振动过程中由于环境压力引起的空气阻尼和三次非线性静电刚度对微梁的运动形态、谐振响应等性能参数的影响,发现了双极板微谐振器振动特性与环境压力以及立方非线性静电刚度的关系。结果表明:环境压力的增加会使微机械谐振器的共振频率增加,振动的幅值以及共振漂移的幅度减小。微机械谐振器在小位移振动时,通过对幅频曲线的分析发现,三次非线性静电刚度会使微机械谐振器表现出或软或硬的非线性特性且不可忽略。     

基于Hilbert谱的结构动力响应非线性特征分析

介绍了Hilbert-Huang变换的原理和波内调制的概念,对比了地震动作用下单自由度和多自由度结构的线性体系与三线性刚度退化体系绝对加速度响应的Hilbert幅值谱、能量谱,分析系统进入非线性力学状态的重要标志。结果表明:"频带展宽"和"优势频率漂移"是体系动力响应非线性力学行为的两个重要标志。线性体系加速度响应的能量集中在自振频率附近的窄小频带内;而三线性刚度退化体系由于波内调制的原因使Hilbert能量谱频带展宽。并且,能量谱的优势频率受体系屈服频率和开裂频率的影响向低频漂移。在短周期结构中,频带展宽和优势频率漂移较显著,而在长周期结构中表现不明显。     

螺栓法兰结构双连接面耦合振动分析EI北大核心CSCD

螺栓法兰连接结构广泛应用于机械结构和航空航天结构,由其构成多个结构组件(如火箭舱段)之间的连接面,引入的非线性动力学特性会显著影响整体结构动力学响应。不同于以往研究中所聚焦的单个非线性连接面对结构响应影响问题,针对具有两个螺栓法兰连接面的组合结构开展非线性耦合振动分析,研究连接结构动力学参数对结构响应的支配效果,以便获得有效控制结构响应的关键非线性特征。基于螺栓法兰连接结构等效双线性弹簧模型,建立双连接面螺栓法兰结构多自由度耦合振动模型,分别讨论了在不同形式的激励作用下的响应和相空间特性,揭示系统的阻尼敏感性及特定参数条件下的超谐波和亚谐波共振现象,最后分析弹簧刚度比及部段质量比对结构响应的影响。     

带肋局部双层网壳的失稳特征研究

应用几何非线性有限元理论,考虑大位移和轴力对刚度的影响,采用广义增量法,建立杆、梁、特殊梁(一端刚接一端铰接)组合适宜局部双层网壳构造特点的数值分析方法。对带肋局部双层网壳的稳定性状进行了深入分析,研究了刚度矩阵特征值、增广平衡矩阵最小奇异值、广义载荷等结构特征参数在第一临界点和后屈曲路径的变化特点,同时分析了结构参数、边界条件、解析模型的影响。根据分析结果,可得到对工程应用有指导意义的结论。     

螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响

由于装配需要或者制造误差等因素的影响,连接板的螺栓与螺栓孔之间不可避免地存在间隙,而且间隙的变化对连接板的模态频率有一定的影响。通过研究螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响机制,讨论一种基于变通孔直径的螺栓连接动力学设计方法。首先,基于ABAQUS软件和Python语言,建立了包含变通孔直径的单搭单螺栓连接板有限元计算模型;然后,探讨了螺栓连接板在一端固支、两端固支两种边界条件下螺栓与孔间隙变化对连接板模态频率的影响机制;最后,提出了一种基于变通孔直径的螺栓连接板动力学设计方法。结果表明:当通孔直径为螺栓直径的1.02~1.20倍时,通孔直径的变化对螺栓连接板各阶固有频率的影响可忽略;通孔直径大于螺栓直径的1.21倍时,其变化对连接板模态频率有明显的影响,且影响程度各异。研究表明在特定激励环境下可通过改变通孔直径来改变系统模态频率,从而避免结构共振。该方法为螺栓与孔间隙对复杂螺栓连接系统固有频率的影响分析提供了参考,也为螺栓连接系统的抗振疲劳设计问题提供了思路。     

弹性边界条件下带有任意分布弹簧质量系统的梁自由振动的解析解

基于正弦展开方法,对弹性边界条件下带有任意分布弹簧质量系统的梁的振动微分方程进行了求解,获得了一种近似解析解.运用该方法分析了带有均匀分布弹簧质量系统的梁的自由振动,模态频率的计算结果与参考文献中的数值结果一致,验证了该文算法的正确性.以此为基础,进一步研究了弹簧质量系统五种不同的分布形式对梁归一化模态频率的影响,结合不带弹簧质量系统的梁的振型图可得:弹簧质量系统分布形式在梁某阶模态振型幅值最大处的分布范围越广、分布密度越大,对该阶模态频率影响越大.     

驱动刚度非线性对双检测微陀螺性能的影响

驱动刚度非线性的存在会导致幅频曲线出现典型的非线性硬化特性,从而影响双检测微陀螺检测输出信号和灵敏度的稳定性。为对比线性刚度和非线性刚度对微陀螺检测输出的影响规律,首先求解线性刚度下系统的稳态响应,其次采用多尺度法求解非线性动力学方程的近似周期解,并考虑科氏力对检测输出的影响,在此基础上探讨驱动刚度立方非线性对双检测微陀螺系统主共振的幅频曲线、共振频率、灵敏度的影响规律。研究发现:驱动模态共振频率与刚度非线性及振动峰值密切相关;刚度非线性越强,固有频率的漂移量对振幅的变化就越敏感。较弱的驱动刚度非线性就会导致检测一和检测二在驱动模态频率处的幅值大幅下降,由此对微陀螺的输出信号产生极大影响,降低了微陀螺检测信号的稳定性,并与基于线性设计的灵敏度值产生极大的偏差。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

弹性支撑旋转Timoshenko梁动力学特性

为研究弹性支撑旋转梁动力学特性随转速及弹性支撑参数变化规律,考虑剪切效应、转动惯量和陀螺效应,采用Hamilton原理推导旋转Timoshenko梁动力学方程,应用Chebyshev谱方法获得系统涡动频率与模态振型数值解。结果表明,在高速转动状态下陀螺效应、支撑结构刚度对Timoshenko梁动力学特性有显著影响;各阶固有频率随着转速增加而分成正向涡动频率与反向涡动频率,高阶频率变化幅度更大;涡动频率随支撑结构直线刚度增加而呈阶梯状变化,当直线刚度增加到一定值后系统涡动频率将保持稳定;随着支撑结构转动刚度增加,涡动频率出现一个最小值与最大值,前者低于自由边界条件下频率值,后者高于固定边界条件下频率值。相关结果可用于各类旋转梁机构的设计与优化。     

弹性支承梁损伤识别的二步方法

采用边界为弹簧－集中质量梁模型,考虑梁振动时边界条件对频率与振型的影响。利用摄动原理,推导了由边界为弹簧－集中质量模态求等效的一端固支一端铰支简支梁振动模态的公式,进而采用广义逆方法识别一端固支－端铰支梁的损伤。以实例证明这种模态还原法与广义逆方法联合使用的二步损伤识别方法的准确性与实用性。