质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

《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。     

Timoshenko薄壁梁弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响.数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性.     

纵-弯复合系统的振动特性研究

本文对一种常用的纵－弯复合振动系统进行了研究，该系统由一个弯曲振动工具头及一个纵振动驱动系统组成，文中对复合振动系统的振动特性进行了理论及实验研究，推出了系统的共振及反共振频率方程，还导出了复合振动系统的机械输入阻抗，并对系统的共振频率随长度的变化规律进行了探讨，实验表明，复合振动系统共振频率的测试值与计算值符合较好，系统的共振频率随振动系统几何尺寸的变化而变化，并且，弯曲振动系统的尺寸变化对频率     

考虑质量偏心的阶梯梁-基础的强迫振动计算

轴系的质量非均匀会导致纵横振动的耦合,结合导纳综合法与改进的传递矩阵法,针对质量偏心阶梯梁-弹性基础模型,提出了一种理论/实验混合计算方法。通过与有限元计算结果对比,验证了方法的正确性;考察了质量偏心对系统响应的影响。结果表明:在垂向激励下,质量偏心对系统的垂向位移响应无影响,但是会使系统产生纵向位移响应;由于纵向位移以eθ的形式被引入弯-纵耦合振动方程,因此其频率特征与垂向响应一致,且其幅值与偏心程度成正比。     

基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析

该文主要以截面形心与剪切中心不重合的等截面空间薄壁梁为研究对象。以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑横向剪切变形以及横向剪力和二次剪应力所产生的翘曲,将转角位移和翘曲位移采取独立插值,利用虚功原理推导出薄壁截面空间梁元的弯扭耦合刚度矩阵。算例表明:所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用;当截面有非对称轴时,计算须考虑弯扭耦合的影响。     

自然弯扭梁的耦合振动特性分析

以自然弯扭梁理论为基础对具有一般横截面形状空间曲梁的耦合振动特性进行了研究。 在该梁的运动控制方程中,位移函数和广义翘曲坐标均被定义在形心轴上,且在分析中包括了转动惯量、横向剪切变形以及和扭转有关的翘曲对振动的影响。通过对数学计算软件MATHEMATICA的精确运用可以得到该梁振型的解析表达式,精确的固有频率则可用搜索的方法来确定。为了证明理论的有效性,对两端固支椭圆截面曲梁的固有频率和振型进行了求解,并把数值计算结果同使用PATRAN梁单元的有限元结果进行了比较。     

振动波在质量偏心Timoshenko梁非连续处的传播特性研究

在工程实际中或研究船舶、潜艇等的低频振动时,相应的梁模型有时存在质量中心与形心不重合的情况,此质量偏心会引起弯-纵耦合。该研究以弯曲传播波、弯曲衰减波和纵向波为对象,推导了振动波在Timoshenko偏心梁的弹性支撑、变截面、边界和直角转角处的透射和反射矩阵,重点讨论了振动波的耦合及相互转变效应。分析结果表明：质量偏心率越大,弯曲衰减波越容易转变为弯曲传播波;当频率提高或者偏心率增大时,弯曲波对纵向波的贡献也变大;三种振动波在边界处不会产生耦合效应;当波入射位置存在截面尺寸变化时,弯曲衰减波在新尺寸对应的截止频率处转变为弯曲传播波。     

多索-梁结构固有振动特性分析

进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。     

含偏心高层建筑风致弯扭耦合振动研究

摘 要 针对偏心高层建筑风致弯扭振动问题,采用Euler-Bernoulli梁模型,选择建筑截面刚度中心为参考坐标原点,坐标x轴平行于风向角,按照双向弯扭耦合振动理论,求取振型和自振频率;然后以随机振动理论为基础,发展了连续梁模型的三维风振理论,给出了风致弯扭耦合振动时顶层角点加速度响应表达式。针对具体算例,结合实际风洞试验拟合数据,运用本文方法进行计算,并与原文献计算结果比较,分析了误差来源;并研究了刚度中心、质心偏离对建筑自振频率、顶层角点加速度响应的影响。     

不确定性热弹耦合梁的固有振动分析

考虑材料参数存在的不确定性,研究热弹耦合梁的固有振动特性。基于欧拉梁的振动微分方程和傅里叶定律热传导方程,得到了梁的热弹耦合振动微分方程;在给定梁的自由振动形式下求解得到梁的固有频率,并分析耦合固有频率随参考温度的变化规律;在考虑材料参数不确定情况下,分析热弹耦合耦合固有频率特性。研究结果表明考虑热弹耦合效应时,梁的各阶固有频率都有所增加;耦合固有频率随着参考温度的升高逐渐增大;考虑材料参数不确定性时,梁的各阶耦合固有频率规律复杂,但具有跟材料参数相同的分布规律。     

自然弯扭梁的耦合振动分析

以空间曲梁理论为基础对具有一般横截面形状自然弯扭梁的耦合振动特性进行了研究,分析中包括了转动惯量、横向剪切变形以及和扭转有关的翘曲对振动的影响.通过对数学计算软件MATHEMATICA的精确运用可以得到该梁振型的解析表达式,精确的固有频率则可用搜索的方法来确定.为了证明理论的有效性,对两端固支椭圆截面曲梁的固有频率和振型进行了求解,并把数值计算结果同PATRAN梁单元的有限元结果进行了比较.     

大功率纵-弯超声振动系统的研究

本文研究了一种大功率纵－弯昨合模式超声振动系统。该系统由两个纵向大功率夹心式压电超声换能器及一个均匀截面直棒组成。文中给出了该振动系统的具体结构及其共振频率设计方程。根据均匀直棒的纵向及弯曲振动理论，导出了振动系统中纵向及弯曲振动同频共振的条件。     

附带有考虑集中质量的转动惯性的梁固有振动分析

研究梁附带集中质量时系统的横向弯曲自由振动,分析过程中同时考虑集中质量的平(移)动和转动惯性。探讨了梁的固有频率相对集中质量位置的一阶导数计算问题,并得到了正确的灵敏度计算公式。数值计算结果表明:集中质量的转动惯性对梁的频率、振型以及灵敏度都有很大的影响。当集中质量的转动惯性较大时,忽略其影响对梁的振动分析可能带来很大的误差。     

某新型直升机传动系统弯-扭耦合振动特性研究

倾转旋翼机是一种新型直升机,是各航空强国争相研究的航空前沿技术,传动系统作为倾转旋翼机的关键系统,其振动特性对直升机的飞行性能和飞行安全有直接影响。本文以该型直升机发动机短舱内的传动系统为研究对象,根据其传动结构,采用集中质量法,在考虑时变啮合刚度等因素的情况下,建立了新型直升机传动系统的弯-扭耦合动力学模型和动态响应方程,根据倾转旋翼机的飞行特点,针对其在起降、巡航和过渡三种状态下的旋翼激励对传动系统动态响应进行了数值求解,最后研究了传动系统中齿轮啮合的动载系数的变化特点,得出在过渡状态下系统存在拍振现象的结论。研究工作对倾转旋翼直升机的传动系统的可靠性分析、动态效率分析和动态优化设计等均有重要意义,并为我国新型直升机传动系统的研制奠定基础。     

纵-弯复合振动超声挤压加工试验研究

为研究挤压加工时静压力、进给量和挤压速度等工艺参数对试件表面质量的影响,在挤压加工中引入纵-弯复合振动后对Q235钢轴件端面进行处理,并与普通挤压加工进行对比,基于正交试验结果构建了挤压加工后表面粗糙度和表面里氏硬度二次回归预测模型.试验发现:在相同加工工艺参数下,在普通挤压加工中引入纵-弯复合超声振动后获得的表面粗糙度Ra值更小,而表面里氏硬度值显著提高;采用两种挤压加工方法后工件表面粗糙度Ra值均随着静压力和进给量的增加而增大,而挤压速度的影响很小,进给量对表面粗糙度的影响最为显著;工件经超声挤压加工时静压力越大,则获得的表面硬度越大,且表面硬度随进给量的增大先增大后减小,而普通挤压加工后表面硬度随静压力和进给量的增大先增后减,且在两种加工方式下工件表面硬度基本不受挤压速度的影响.纵-弯复合振动超声挤压加工工艺适合Q235钢表面强化处理,构建的表面粗糙度和硬度的预测模型可用于指导Q235钢表面强化处理工艺生产.     

Timoshenko薄壁湾弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响。数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性。     

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.     

钻杆纵-扭耦合振动的试验研究

提出了一种新型的钻杆纵-扭耦合振动模拟测试系统。基于该系统设计了单因素试验,研究了驱动转速、进给速度、钻头直径、岩样强度和钻杆刚度对钻杆振动的影响规律,并通过正交试验探究了以上各因素对钻杆振动的影响程度。单因素试验结果表明,随着转速的增加,纵向振动幅值先减小后增大,但扭转振动幅值逐渐减小;随着进给速度的增大,纵向振动幅值逐渐减小,但扭转振动的幅值逐渐增大;转速增加导致扭矩和钻压下降,而进给速度增加导致扭矩和钻压上升;采用小直径钻头,低强度岩样,低刚度钻杆均有助于减小钻杆纵向振动幅值,但均导致扭转振动幅值增加。正交试验结果表明,转速对纵向振动的影响程度最大,进给速度对扭转振动的影响程度最大。试验结果与已有钻杆纵-扭耦合振动两自由度模型的数值仿真结果基本吻合。     

纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究

提出了由纵向振动系统与弯曲振动圆盘组成的纵弯转换超声振动雾化系统的新型结构。通过理论分析和有限元分析,揭示了由换能器、变幅杆与工具组成的振动系统的各种谐振状态特性, 研究了系统的谐振设计方法。分析表明：新型雾化振动系统工作于负载谐振模式,其谐振频率主要取决于纵振动系统的结构,弯曲振动薄圆盘相当于系统的负载。当弯曲振动圆盘谐振频率与系统的谐振频率越接近时,系统的输出振幅越大。通过实验证明了理论研究正确性。