考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁自由振动分析

利用Winkler地基梁理论,考虑有限深度土体运动的影响,建立了弹性地基梁的线性运动方程。采用分离变量法,求得弹性地基梁的模态构型、固有频率和有阻尼自由振动。通过数值计算和参数分析,揭示了有限深度Winkler地基上固支-自由梁的线性动力学特性,分析了土体质量、地基深度和阻尼等对系统固有频率和线性自由振动响应的影响。研究结果表明:若将有限深度土体运动引入到弹性地基梁的动力学模型,系统的固有频率将显著降低;土体质量和地基深度均抑制阻尼对弹性地基梁动力响应影响的发挥,在一定程度上减慢其动能耗散的速度。     

移动荷载下有限深度Winkler地基上梁的动力响应研究EI北大核心CSCD

基于考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁理论,建立移动荷载作用下弹性地基上有限长梁的横向运动方程。利用模态叠加法求得移动荷载作用下有限长梁动力响应的解析解,进而以移动荷载离开时梁的响应为初值,采用分离变量法求得有限长梁自由振动的一阶近似解;通过数值计算和参数分析,揭示了移动荷载作用下有限深度Winkler地基上简支边界梁的动力学特性,分析地基深度、地基黏滞阻尼系数和荷载移动速度等对有限长梁受迫振动阶段和自由振动阶段动力响应的影响,全面揭示有限深度土体运动对临界速度的作用效应。结果表明:地基深度显著降低了临界速度,且弹性地基黏滞阻尼明显延长了自由振动衰减时间;荷载移动速度加剧了有限深度弹性地基与其支承梁的相互作用效应,系统振动的幅值和响应周期均发生显著变化。     

考虑土体质量的Winkler地基梁非线性自由振动分析

基于Winkler地基模型、Euler梁理论和弹性地基的运动方程,建立了考虑土体质量影响的Winkler地基上有限长梁的非线性动力学模型。利用特征值分析和多尺度方法,分别求得梁的线性和非线性固有频率及模态构型。进而通过数值分析,研究了土体质量对Winkler地基上有限长梁线性和非线性自由振动的影响。研究结果表明:若将土体质量对梁动力响应的影响引入Winkler地基上有限长梁的动力学模型,梁的固有频率降低;土体质量对梁的高阶非线性模态构型影响显著。     

基于n阶GBT初始轴向载荷影响下FGM梁的振动特性

研究了初始轴向载荷影响下弹性地基功能梯度材料(FGM)梁的振动特性。基于一种拓展的n阶广义剪切变形梁理论(n-GBT),以轴向位移、剪切变形挠度与弯曲变形挠度为基本未知函数,应用Hamilton原理,建立了该系统自由振动问题力学模型的控制方程。引入边界控制参数,采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法获得了FGM梁的静动态响应。通过算例验证并给出了GBT阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其它各种剪切变形梁理论;提供的数值分析方法切实可行,拓展了GDQ法的使用范围。最后,着重讨论并分析了初始轴向载荷、边界条件、梯度指标、地基刚度、跨厚比等参数对FGM梁振动特性的影响。     

基于n阶GBT热-机载荷作用下FGM梁的振动特性和稳定性分析

研究了热-机载荷耦合作用下弹性地基FGM梁的振动特性与稳定性。考虑到材料的物性依赖于温度变化且组分沿梁厚按幂律分布。首先,基于一种扩展的n阶广义剪切变形梁理论(n-th GBT),应用Hamilton原理,统一建立了系统自由振动及屈曲问题力学模型的控制方程,采用一种改进型广义微分求积法(MGDQ)获得FGM梁静动态响应的数值解。其次,通过算例验证GBT的有效性并给出阶次n的理想取值,在丰富梁理论的同时,也可验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,讨论并分析了升温、边界条件、初始轴向机械载荷、梯度指标、地基刚度、跨厚比等诸多参数对FGM梁振动特性和稳定性的影响。     

Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛,但其在高阶频率及深梁计算中误差较大,利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程,由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量,因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算,所求结果与理论基本无误差,从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果,从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。     

基于弹性基础的多级并联调谐质量阻尼器设计

基于结构弹性基础假设,建立多级并联调谐质量阻尼器数学模型,获取弹性基础阻抗特性,推导主系统振幅无量纲表达式。研究发现地基弹性振动对主系统的影响不可忽略,结合多级并联调谐质量阻尼器对振动衰减的优势,提出对考虑弹性地基的多级并联系统进行优化设计的必要性。分析梁的连接位置距端部长度u对主系统影响规律:u值越小,梁的弹性振动对主系统的影响程度就越小;当u≤1 m,梁第1阶固有频率与主系统第1阶固有频率不发生耦合振动,中间位置(u=2 m时)影响最大。并对此情况下2级并联和4级并联系统参数进行优化设计,优化结果表明:不考虑弹性地基的多级并联系统优化结果对于弹性地基下多级并联系统不再适用,考虑梁的弹性结合数值优化法对多级并联系统进行优化能很好削弱梁的弹性振动对主系统的影响。最后研究连接点动刚度对主系统的影响:当连接点动刚度K≥40kd时,梁第1阶固有频率对主系统前三阶固有频率影响较小;当K≥70 kd时,可忽略弹性梁对调谐质量阻尼器设计的影响。     

黏弹性轴向运动变张力梁非线性动力学

在黏弹性轴向运动梁横向参数振动的非线性动力学行为研究中,首次计入因速度变化引起的、沿梁的径向变化的、轴向变张力的影响。给出描述变张力轴向运动梁横向非线性振动的偏微分—积分控制方程。基于微分求积法给出轴向运动梁横向非线性参数振动的数值解,通过观察梁中点的位移、速度随时间变化的历程,识别轴向运动系统的非线性动力学行为。同时,通过从数值解中提取的相图、Poincaré映射图和频谱分析,考察轴向运动梁横向振动的分岔与混沌特性,揭示了工程应用中的非线性轴向运动系统的混沌动力学行为。     

索-梁耦合系统非线性振动分析

研究了在惯性参考系中弹性斜拉索与悬臂梁耦合结构的非线性振动问题,利用Hamilton原理建立了索-梁耦合系统的非线性动力学方程,利用Galerkin方法将索-梁耦合系统的非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程,然后利用多尺度法分析研究索-梁耦合动力学系统的非线性振动,用Runge-Kutta法对数学模型进行数值计算,同时探讨了各种参数对索-梁耦合系统非线性振动的影响,并提出对工程有实际意义的结论.     

中间约束轴向运动梁横向非线性振动

聚焦于中间弹性约束对轴向运动梁横向非线性振动的影响。应用哈密顿原理,建立带有中间弹簧支撑的轴向运动梁的动力学控制方程。通过Galerkin截断方法数值计算了简支边界梯型截面轴向运动梁的固有频率,并数值计算得到梁的稳态响应。着重讨论了中间约束弹簧的刚度、系统的轴向运动速度、不同Galerkin截断阶数对系统固有频率、非线性受迫振动稳态响应的影响。研究发现,中间约束弹簧显著改变轴向运动梁的横向振动特性,而且轴向运动的速度能够改变中间弹簧对系统横向振动的影响。     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。     

弹性地基上空间巨型框架结构的简化振动分析

对软土地基上的超高层建筑空间巨型框架的振动分析建立了一种新的简化分析模型,即弹性地基—空间杆系—层模型。也就是将空间巨型框架中的辅助框架柱只考虑其轴向刚度,沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的文克弹性地基,把巨型梁按照文克弹性地基梁来处理,然后将巨型柱和巨型文克弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基(半无限大弹性地基)的弹性变形后,按空间刚架进行刚度分析;将建筑物的质量集中于巨型梁的楼层,进行自由振动分析。算例计算结果表明,新的简化模型是合理的、可行的。     

解析型Winkler弹性地基梁单元构造

该文采用Winkler弹性地基梁理论确定了弹性地基梁的挠度方程解析通解; 根据最小势能原理建立了解析型Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁的单元刚度及等效节点荷载; 得到了解析型弹性地基欧拉梁单元AWFB-E及铁摩辛柯梁单元AWFB-T。同时,论文还采用传统里兹法求得了相应的Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁单元刚度矩阵,得到了里兹法弹性地基欧拉梁单元RWFB-E及铁摩辛柯梁单元RWFB-T。对该文构建的两类单元与一般梁-基体系有限元分析结果及理论解析解进行了对比。对比结果表明,传统里兹法由于其多项式形函数无法精确模拟弹性地基梁变形,因此其结果与理论解析解有误差,但随着单元数量增多其误差减小; 采用解析型单元进行计算时,无论单元数量多少,得到的均为“真实”解,说明解析试函数法求得的位移形函数比一般的多项式形函数精确,得到的弹性地基梁单元具备解析型、精确性的特点,可应用于解决实际工程问题。     

弹性地基上四边自由矩形薄板的自由振动

将弹性地基用Winkler模型来代替。首先把弹性地基上矩形薄板的动力学方程表示成为Hamilton正则方程，然后采用辛几何方法对全状态相变量进行分离变量，并利用得到的共扼辛正交归一关系，求出弹性地基上四边自由矩形薄板的固有频率和振型的解析解表达式。由于在求解过程中不需要事先人为的选取挠度函数，而是从弹性地基上矩形薄板的动力学基本方程出发，直接利用数学的方法求出可以满足四边自由边界条件的固有频率和振型的解析解表达式，使得问题的求解更加合理化。文中的最后还给出了计算实例来验证本文所采用的方法以及所推导出公式的正确性。     

基于Winkler地基理论的横向受荷长桩非线性动力响应模型试验

基于Winkler模型,将弹性地基离散化为线性弹簧,建立长桩-弹簧动力相互作用模型试验系统,研究了桩顶横向简谐激励下桩基的非线性动力响应.通过两组共12种工况模型试验,分析了桩身参数、地基约束、桩顶配重和激励特征等对桩基动力响应幅值、共振和空间运动的影响.试验结果表明:随激励幅值增大,桩基动力响应的非线性特征显著;在特...     

桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

Winkler地基上变厚度圆（环）板的非对称自由振动

本文提出了Winkler地基上变厚度圆(环)板非对称自由振动的传递矩阵法.应用贝塞尔函数理论,求得等厚度圆板和环板单元非对称自由振动传递矩阵的正确公式.然后将Winkler地基上的变厚度圆(环)板划分成一系列的等厚度的圆板和环板单元,应用传递矩阵原理得到变厚度圆(环)板的整体传递矩阵公式.最后给出了一些数值结果,表明板厚和地基模量变化对固有频率的影响.     

A method for calculating the reduction in stress intensity factor due to an elastic foundation

Stress intensity factors for an edge-cracked beam of rectangular cross section on a Winkler foundation are calculated for free, pinned and clamped end conditions. The solution is an approximation, valid for slender beams. The method which is used requires that the intensity factors be known for the beam without a foundation. The same technique may be used for various crack geometries, beam cross sections and types of foundation.     

Axisymmetric free and forced vibrations of initially stressed circular nanoplates embedded in an elastic medium

As a first endeavor, the axisymmetric free and forced vibrations of circular single- and double-layered nanoplates under initial in-plane radial stresses and embedded in an elastic medium are investigated. The governing equations are derived by decoupling the nonlocal constitutive equations of the Eringen theory in polar coordinates in conjunction with the classical plate theory. The elastic medium is modeled as a two-parameter elastic foundation (Pasternak type). Galerkin’s method is employed to solve the resulting equation for vibration frequencies and dynamic response. The effects of small scale together with the other parameters such as initial in-plane load, Winkler and shear elastic foundation coefficients and the radius of the nanoplate are investigated. It is shown that the corresponding natural frequencies obtained by nonlocal elasticity theory are very different from those predicted by classical elasticity theory when the radius of the nanoplate is less than an approximate limit value.