《薄壁Timoshenko梁弯扭耦合振动的动态有限元法》

通过直接求解单对称均匀薄壁Timoshenko梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其精确的动态刚度矩阵。在本文研究中考虑了弯扭耦合、翘曲刚度、转动惯量和剪切变形的影响。针对某弯扭耦合的薄壁梁算例,应用本文推导的动态刚度矩阵,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,计算了该薄壁梁的固有特性,并讨论了翘曲刚度、剪切变形和转动惯量对该弯扭耦合薄壁梁的固有频率和模态形状的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性,并指出随着模态阶次的增加,剪切变形、转动惯量和翘曲刚度对薄壁梁的固有特性的影响更加显著。     

考虑翘曲的周期铁摩辛柯梁的弯扭耦合振动带隙

将声子晶体的周期结构思想引入到梁的结构设计中,研究了包含翘曲变形的二组元周期结构铁摩辛柯梁的弯扭耦合振动。基于梁的弯扭耦合振动方程,利用传递矩阵理论,得到包含翘曲变形的二组元无限周期结构铁摩辛柯梁的能带结构。利用有限元方法仿真了有限周期结构的振动传输特性,振动传输特性曲线中的衰减频率范围与能带结构较好吻合。与忽略翘曲变形情况下得到的该梁的能带结构进行对比,结果表明,如果忽略翘曲变形,可能得到毫无意义的结果。     

弹性边界径向功能梯度压电环板面内振动

基于二维线弹性体理论,推导了弹性边界径向功能梯度压电(FGPM)环板面内自由振动的控制微分方程,利用微分求积法(DQM)将控制微分方程和边界条件离散化,得到求解频率的特征方程。假设材料的物性参数按幂函数形式变化,通过数值求解得到了径向FGPM环板面内自由振动的无量纲频率。考虑了弹性边界和电学开路组合边界条件下径向FGPM环板的梯度指数p、内外径比η、弹性边界的弹性刚度k和压电效应对无量纲频率的影响,最后研究了径向FGPM环板模态特性。     

四边弹性约束矩形板面内自由振动的DQM求解

基于二维线弹性理论,应用Halmiton原理,建立了四边弹性约束边界矩形板面内自由振动的控制偏微分方程。采用微分求积法(DQM)数值研究了弹性约束边界矩形板面内自由振动的无量纲频率特性。通过设置弹性刚度系数为0或∞,问题退化为各种典型边界矩形板的面内自由振动,与已有的矩形板面内自振频率结果进行比较,结果显示,该分析求解方法行之有效;最后考虑了矩形板边界条件、长宽比、刚度系数对自振频率的影响。     

考虑自平衡条件槽形曲梁的静力学特性分析

考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后、剪切变形和翘曲扭转等因素的影响,以最小势能原理为基础,建立了薄壁槽形曲梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,获得了弯、扭、翘和剪滞效应相耦合广义位移的闭合解。算例中,分析了不同荷载形式、曲梁半径R、宽跨比等因素对曲线槽形梁力学特性的影响。该文解析法更好揭示了曲线槽形梁的力学特性以及各参数之间的内在关系,所得公式是对曲梁剪滞理论的发展。     

非对称Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元自由振动的控制运动微分方程,推导了其精确的动态传递矩阵。采用Bernoulli-Euler弯扭耦合梁理论,假定梁横截面没有任何对称性,考虑了薄壁梁在两个方向的弯曲振动及翘曲刚度的影响。动态传递矩阵可以用于计算非对称薄壁梁及其集合体的精确固有频率和模态形状。针对具体的算例,给出了各种边界条件下固有频率的数值结果并与文献中已有的结果进行了比较,还讨论了翘曲刚度对固有频率和模态形状的影响,结果表明如果忽略翘曲刚度的影响,可能得到毫无意义的结果。     

考虑翘曲效应的薄壁曲梁几何非线性分析

利用UL法研究了开口薄壁曲线梁几何非线性分析问题。采用多项式插值函数表示位移场。考虑了翘曲自由度及曲率效应模拟开口薄壁曲梁的结构行为。所有位移参数定义于截面形心以便在弹性应变能中包括弯扭耦合项。利用修正的弧长法求解非线性方程,跟踪荷载位移曲线。用算例对提出的方法进行了验证,表明了薄壁曲梁的分析中翘曲变形不可忽略。     

黏弹性三参数地基梁横向自由振动

将复模态方法推广至地基梁系统的振动分析中,研究了三参数描述的黏弹性Pasternak地基梁的横向振动特征,得到不同边界条件下的频率方程的近似解析式以及模态函数表达式。采用数值方法近似求解复模态分析得到的超越方程,并运用微分求积方法数值加以验证。通过具体算例,分析了边界条件、刚度系数以及地基黏性系数等对固有频率和模态函数的影响。研究结果表明,微分求积法的数值解与复模态的近似解析解吻合的很好。     

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此，系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先，采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程，并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元；然后，编制了相应的MATLAB计算程序，并与建立的等效ANSYS模型作对比，验证了自编程序的正确性；其次，基于自编程序设计了四种模态模型，即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型，详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律；最后，讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明：弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息，且模态数据保持一致；由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著，使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段，且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状；所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率，...     

轴向力对轴系弯扭耦合振动特性的影响

当轴系的截面质心和剪切中心不一致时,将会产生弯扭耦合振动.轴系轴向受力后,等效扭转刚度和弯曲刚度等参数都会有所改变,因而对轴系弯扭耦合振动特性也将有所变化,从而可能对轴系的安全运行产生影响.建立了一个集中参数的当量力学模型,推导了附加了轴向力后轴系的弯曲振动以及弯扭耦合振动的传递矩阵.通过对轴系的弯扭耦合振动特性进行分析计算,得到了一系列关于轴向力对轴系弯扭耦合振动的影响规律,这些规律对旋转轴系的结构设计具有一定的意义.     

任意非对称断面薄壁箱梁一维有限元分析

根据薄壁箱梁的实际支承特点,设置支承坐标系并在支承坐标系中建立变形协调的相容条件,针对任意非对称断面薄壁箱梁,导出了考虑拉(压)弯扭翘空间耦合分析的单元刚度矩阵及等效节点力公式。此外,提出了通过设置具有线刚度、转动刚度、扭翘刚度的假想弹簧单元,对薄壁箱梁的复杂约束条件进行处理的一般方法。所得到的刚度矩阵表明,只有当忽略翘曲变形对截面转角的影响时,轴向拉压才只与水平弯曲及竖向弯曲相耦合,而与约束扭转不再耦合。算例结果表明了分析方法的有效性。     

一种考虑剪滞效应的斜支承连续箱梁挠曲扭转分析方法

通过在支承坐标系下考虑约束条件,提出一种适用于斜支承连续箱梁挠曲扭转分析的薄壁箱梁单元。该单元具有10 个自由度,可方便地考虑斜支承连续箱梁的剪滞效应和扭翘变形。选取挠曲剪滞微分方程和约束扭转微分方程的齐次解作为单元位移函数,推导出单元刚度矩阵各元素的具体表达式。从剪滞翘曲应力的轴向平衡条件出发,建立双室箱形断面的剪滞翘曲位移函数,并给出了剪滞翘曲几何特性的一般计算公式。用所编制的电算程序SSCBA 对一个3 跨斜支承双室连续箱梁模型进行计算,计算值与实测值和ANSYS 壳单元结果均吻合较好,证实该箱梁单元是可靠的。计算表明:在跨中偏心荷载作用下,斜支承连续箱梁的剪滞翘曲变形和约束扭转翘曲变形对应力分布具有显著影响。     

基于Chebyshev-变分法的复杂开口形状矩形薄板弯曲振动特性分析

针对复杂开口形状的矩形薄板弯曲振动问题,提出一种基于Chebyshev-变分原理的建模方法,建立弹性边界条件下不同开口形状矩形薄板弯曲振动模型。采用边界约束因子模拟弹性边界条件,视开口部分为一种物理属性为零的特殊薄膜。将板的横向位移展开成双重Chebyshev多项式级数形式,建立薄板的拉格朗日泛函,利用变分法推导薄板的特征方程并求得固有频率及对应振型。开展开口薄板模态试验研究,对比理论计算结果与试验结果及有限元结果,验证该方法及模型的准确性和有效性。研究边界约束和开口形状对弯曲振动特性的影响。结果表明:开口形状对结构低阶固有频率影响较小,对高阶固有频率影响较大;开口形状的改变对结构奇数阶固有频率的影响大于对偶数阶固有频率的影响。     

π型开口截面斜拉桥弯扭耦合涡激共振及气动减振措施研究

针对某大跨径π型叠合梁斜拉桥的气动性能,利用刚性节段模型针对其成桥状态展开了系统的风洞试验研究.试验结果表明,该桥主梁在设计风速范围内存在明显的竖弯及扭转耦合涡激共振现象,即使将竖弯以及扭转阻尼比提高到1％左右,仍然存在明显的涡激共振现象并且振幅超过规范限值.频谱分析表明,该桥主梁断面的竖弯和扭转耦合涡激共振的频率是一...     

考虑剪切变形影响的斜梁桥自振频率的解析方法

斜梁桥振动频率没有显式解,给使用《公路桥涵设计通用规范》方法计算冲击系数带来不便。考虑斜梁桥振动时的弯扭耦合效应,分别采用修正的Timoshenko梁理论建立其弯曲振动的动态刚度矩阵,采用Saint-Venant扭转理论建立其自由扭转振动的动态刚度矩阵,结合斜支承边界条件,导出斜支承坐标系下的动态刚度矩阵,提取弯矩-转角的刚度方程,根据其奇异条件建立关于斜梁桥自振频率的超越方程,采用二分法对超越方程进行求解以得到自振频率。该文分析了一座标准A型单跨斜箱梁桥考虑与不考虑剪切变形影响时的前5阶振动频率随斜交角的变化,比较了正交简支初等梁和正交简支深梁、斜支初等梁和斜支深梁的前5阶频率。结果显示:斜梁桥基频随斜交角的增大而增大、第2阶频率随斜交角的增大而减小;斜梁桥振动频率的计算应采用考虑剪切变形影响的深梁理论。     

宽翼薄壁工字形曲梁剪滞效应的能量变分法

为了准确反映宽翼薄壁工字形曲梁上下翼板(b1≠b2)的剪滞变化幅度,分别对上下翼板设置了一个不同的剪滞纵向位移差函数(U 1(z),U 2(z))。该文以最小势能原理为基础,考虑弯曲和翘曲扭转的因素,引入剪力滞后和剪切变形效应的影响,建立了曲线工字形梁的控制微分方程和自然边界条件,获得了弯、扭、翘和剪滞效应相耦合的广义位移的闭合解,提出了一种对该类结构更加准确的力学分析方法。算例中,该文解析解与板壳有限元结果吻合较好,证明了该文方法的有效性。     

拉杆疲劳裂纹导致的组合转子性能退化研究

 组合转子作为燃气轮机等的核心部件,其性能退化机理并不明确,揭示其性能退化机理并有效地进行性能退化评估对燃气轮机等长期安全运行具有重要意义.为此,从结构损伤导致性能退化的角度出发,分析拉杆裂纹引起的组合转子性能退化特性.分别建立了组合转子有限元模型和弯曲、扭转刚度模型,利用有限元模型对拉杆上含初始裂纹的组合转子进行裂纹扩展分析,得到拉杆裂纹扩展速率;利用弯曲和扭转刚度模型分析了不同深度的裂纹对组合转子振动的影响,得到组合转子固有频率随裂纹尺寸的变化规律;并提出了衡量由微裂纹导致的组合转子性能退化的度量指标,实现了拉杆裂纹引起的组合转子性能退化的定量评估.研究表明：随着拉杆裂纹尺寸的增大,裂纹的扩展速率变快;拉杆裂纹的存在对组合转子的弯振影响较大,对扭振影响相对较小.