轴向运动Rayleigh梁固有频率的微分求积法

轴向运动梁的振动和稳定性问题是振动力学问题研究的重要内容之一,它有着重要的理论和实际意义。研究了轴向运动Rayleigh梁的固有频率。根据广义哈密顿原理建立轴向运动Rayleigh梁横向振动的控制方程。采用微分求积法数值求解两端简支和两端固支边界条件下轴向运动Rayleigh梁的次临界固有频率。数值例子给出了变化梁的弯曲刚度和支撑刚度情况下第一阶和第二阶固有频率和速度之间的关系曲线。通过曲线间的关系可得到:高阶固有频率比低阶固有频率大,固有频率随着刚度系数的增大而增大,并且随着支撑刚度的增大而增大。     

轴向运动粘弹性Rayleigh梁的参激振动稳定性

研究了轴向运动粘弹性Rayleigh梁参激振动的稳定性。根据广义哈密顿原理建立轴向运动Rayleigh梁横向振动的控制方程,同时考虑轴力的变化。采用多尺度方法直接求解控制方程,推导出主共振和组合共振的可解性条件;利用Routh-Hurwitz稳定性判据导出了稳定性边界方程;进而确定梁两端简支和固支边界条件下,因共振而产生的失稳区域。数值算例给出了两端简支和固支边界条件下弯曲刚度,支撑刚度,粘弹性系数以及平均速度对前两阶主共振及组合共振稳定性区域的影响。     

变张力轴向运动Rayleigh梁组合参激共振的稳态响应

研究非线性轴向变速黏弹性Rayleigh梁的参激振动问题。梁的本构关系使用Kelvin黏弹性模型描述,并且取全导数。基于广义哈密顿原理,导出轴向运动Rayleigh梁的非线性控制方程。考虑轴向速度在平均速度的基础上有简谐变化。运用直接多尺度法近似求解控制方程,并考虑轴向速度变化频率接近任意两阶固有频率之和时而发生的组合参激共振。依据可解性条件,得到振幅频率方程。通过对数值例子的分析,得到梁的刚度、扭转刚度以及平均速度对稳态响应的影响。     

黏弹性变速度轴向运动梁的稳定性分析

研究速度变化的轴向运动黏弹性梁参数振动的稳定性.在控制方程的推导中,对黏弹性本构关系采用物质导数,而不是通常采用的只对时间取偏导数的本构关系.对控制方程运用直接多尺度法分析,并把结果与对应于只对时间取偏导数的本构关系的控制方程相比较.给出的数值结果说明两种黏弹性本构关系对失稳区域的影响.     

轴向运动功能梯度梁的横向振动

新型非均匀复合材料,功能梯度材料具有防止脱层和减缓热应力等优良性能,将其应用于功能梯度梁的结构有着非常重要的工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理,建立轴向运动功能梯度梁横向自由振动的运动微分方程,其中假设功能梯度梁的材料特性沿梁厚度方向按各组分材料体积分数的幂函数连续变化;再对运动微分方程和边界条件进行量纲一处理,采用微分求积法对其进行离散化,导出系统的广义复特征方程,然后计算分析轴向运动功能梯度简支梁横向振动复频率的实部和虚部随量纲一轴向运动速度、梯度指标等参数的变化情况,并讨论量纲一轴向运动速度和梯度指标对功能梯度梁的横向振动特性以及失稳形式的影响。     

轴向运动耦合热弹梁的稳定性分析

研究了轴向运动梁的耦合热弹稳定性.根据轴向运动梁的运动微分方程和考虑变形影响时的热传导方程,得出了温度场和变形场耦合情况下梁的耦合热弹运动微分方程.对两端简支轴向运动梁耦合热弹振动的复频率进行了数值计算,得出了无量纲复频率与无量纲运动速度之间的关系曲线.分析了无量纲热弹耦合因子、无量纲运动速度和梁的长高比对梁的临界速度和稳定性的影响.     

轴向运动黏弹性梁受力参激振动稳定性的多尺度分析

研究了轴向匀速运动黏弹性梁的运动稳定性。考察轴向拉力在初始拉力的基础上做微小简谐变化的参激振动。建立了受轴向拉力参数激励时轴向运动梁的控制微分方程,黏弹性本构关系引入了物质时间导数。轴向运动梁两端的边界受由带有扭转弹簧的套筒铰支约束的混杂边界条件。应用多尺度法直接求解轴向运动梁参激振动的控制方程,并导出了当扰动拉力的频率接近未扰系统任意两个固有频率之和及任一固有频率2倍时所发生的组合共振和主共振的稳定边界方程。数值例子给出了黏弹阻尼对轴向运动黏弹性梁参激振动发生组合共振和主共振的影响,结果显示:不论组合共振还是主共振发生时,失稳区域均会随轴向运动黏弹性梁的黏弹阻尼增大而减小。     

复合受载下简支矩形板屈曲分析的微分求积法

为了精确求解复合受载下简支矩形板屈曲失稳的问题。推导简支矩形板无量纲屈曲微分方程,给出简支矩形板屈曲分析的微分求积计算格式。以单(双)向轴压作用下的简支矩形板为例,通过与解析解、有限元解对比验证微分求积法求解简支矩形板屈曲失稳问题的精确性。以轴压和剪应力作用下的简支矩形板为例,通过同解析解对比分析表明,当边长比r=1～5时,解析解与数值解间的差别较小;当边长比r=1/5～1时,解析解随方程数N的增大而逐步逼近数值解。     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

矩形厚板弹塑性屈曲的微分求积法分析

笔者首次采用微分求积法分析了矩形厚板的弹塑性屈曲问题.为了考虑横向剪切变形的影响,采用了Mindlin板理论和全量理论和增量理论,推导了相应的控制微分方程与内力的表达式.为了验证所推导的公式和求解算法,将本文结果与现有文献中的结果(包括精确解)进行了对比.然后给出了一些新的结果,并指出了两种理论结果之间差异大的原因是由...     

不连续问题的微分求积(DQ)法

针对载荷不连续和结构几何不连续问题,系统地研究节点分布方式和载荷等效模式对微分求积法求解收敛性和精度的影响,提出一种基于改进的节点分布方式和载荷等效模式的微分求积(differential quadrature)法。继而分别以不同边界条件下受集中载荷和局域分布载荷的梁构件以及含分层层合板的面内弹性屈曲问题为例,对载荷不连续和结构几何不连续问题进行求解,证明文中方法的有效性。与传统的微分求积法相比,文中方法在处理非连续问题时,精度更高且收敛更快,为工程中采用微分求积法解决不连续问题提供一种高效可行的方法。     

轴向运动简支-固支梁的横向振动和稳定性

研究一端简支一端固支轴向运动梁的横向振动和稳定性。提出在给定边界条件下确定一匀速运动梁固有频率和模态函数的方法。当轴向运动速度在其常平均值附近作简谐波动时,应用多尺度法给出轴向变速运动梁参数共振时的不稳定条件。用数值仿真说明相关参数对固有频率和不稳定边界的影响。     

弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁自由振动的微分变换法求解

基于Timoshenko梁理论研究弹性地基上转动功能梯度材料（FGM）梁的自由振动。首先确定功能梯度材料Timoshenko梁的物理中面,利用广义Hamilton原理推导出该梁在弹性地基上转动时横向自由振动的两个控制微分方程。其次采用微分变换法（DTM）对控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁在夹紧-夹紧、夹紧-简支和夹紧-自由三种不同边界条件下横向自由振动的量纲一固有频率,与已有文献的计算结果进行比较,退化后结果一致。最后讨论了不同边界条件、转速、弹性地基模量和梯度指数对功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响。结果表明：功能梯度材料Timoshenko梁的量纲一固有频率随量纲一转速和量纲一弹性地基模量的增大而增大;在量纲一转速和量纲一弹性地基模量一定的情况下,梁的量纲一固有频率随着功能梯度材料梯度指数的增大而减小。     

两项分数阶微分控制的非线性Duffing振子共振特性研究

研究了基于振子位移的两项分数阶微分控制的非线性Duffing振子的共振特性.由利用多尺度法得到的系统近似解析解可以看出:在非线性Duffing振子系统中,分数阶微分控制项系数KD1、KD2和阶次p3、p4以改变等效阻尼和等效刚度的方式影响系统的共振幅频响应特性.进一步研究表明:除了阶次p4的增大会增加系统的共振幅值以外...     

谐变磁力作用轴向运动铁磁板的磁弹性主共振

基于哈密顿变分原理,建立机械载荷和磁化产生的谐变磁力共同作用下铁磁板的非线性磁弹性振动方程。针对两长边简支约束边界条件,利用伽辽金积分法得到变量分离后的横向振动微分方程。应用多尺度法和李雅普诺夫稳定性理论求解电磁激发下的1阶主共振问题,得到稳态响应下的幅频方程和定常解的稳定性判据。通过算例,得到铁磁板的幅频特性、振幅-磁场强度幅值和振幅-速度的变化曲线图。曲线分析结果表明,稳定解部分的振幅随磁场强度幅值的增大而增大;非线性刚度随速度的增大而增大,硬弹簧特性增强,非线性特征更为显著。     

轴向运动矩形板的谐波共振与稳定性分析

针对轴向运动矩形薄板的非线性振动问题,在给出薄板运动的动能和应变能的基础上,应用哈密顿变分原理,推得几何非线性下轴向运动薄板的非线性振动方程。通过位移函数和应力函数的设定,并应用伽辽金积分法,得到四边简支边界约束条件下受横向激励载荷作用轴向运动薄板的达芬型振动方程。利用多尺度法对系统的非线性谐波共振问题进行求解,得到稳态运动下关于共振幅值的幅频响应方程。依据李雅普诺夫运动稳定性理论对定常解的稳定性进行分析,得到解的稳定性判别式。通过数值算例,得到不同横向载荷和轴向速度下共振幅值的变化规律曲线图以及对应的相图,讨论分岔点变化以及倍周期运动规律,分析横向激励载荷和轴向运动速度对系统非线性动力学行为的影响。     

计算多因素定位误差微分法的改进

定位误差的分析和计算是进行工装设备设计必不可缺少的重要环节。文章针对机械制造工艺学和机床夹具设计中定位误差的计算,特别是多因素条件下定位误差的计算问题,根据普通微分法计算多因素条件下定位误差所遇到的矛盾,利用高等数学微分的近似计算,解释了全微分的数学变形这种方法的原理,同时提出并详细阐述了微分法的另一种改进即实体路程法,并通过具体实例对以上2种方法进行了验证,为正确、快速计算多因素条件下的定位误差提供了方法和依据。     

横纵向位移激励下变长度梁的动力学分析

关于变长度梁的研究,主要集中在横向自由振动及稳定性分析,有关水平及竖直两个输入方向的抗震研究却不够充分,常用的抗震设计方法没有充分考虑结构时变性对振动产生的影响。以实际工程中的变长度操作杆为算例,运用广义Hamilton原理建立横纵向地震激励下变长度梁的动力学方程,运用假设模态法与修正后的Galerkin法进行空间离散求解,通过数值仿真方法求解不同轴向运动下变长度梁在简谐波与地震波作用下的振动响应。根据计算结果,讨论了不同轴向运动所引发的梁长变化对变长度梁的振动影响规律。对比相同长度范围内变长度梁与固定梁在地震激励下的末端最大位移,前者在收缩时的结果大于后者。说明了在对变长度梁等时变结构进行抗震分析时,考虑结构时变性影响的必要性。该建模计算方法可为类似结构的抗震分析与设计提供参考。     

双线载作用轴向运动薄板的主-内联合共振

采用Kirchhoff基本假设并结合几何方程和物理方程,利用哈密顿变分原理推得轴向运动薄板的非线性振动微分方程.针对双周期线载荷作用下的对边铰支-夹支边界约束轴向运动条形板,考虑前两阶模态并通过设定位移解,应用伽辽金法和多尺度法进行求解,推得双激励作用时系统的1 ∶ 3内共振和外激励联合共振下的幅频响应方程组.通过数值...     

变速轴向运动正交各向异性板横向振动的直接多尺度分析

研究受面内载荷影响作轴向变速运动正交各向异性薄板横向振动的稳定性。通过Hamilton原理得到板横向振动的运动微分方程。将多尺度法直接应用于运动微分方程,利用可解性条件得到次谐波共振和组合共振的稳定边界。给出数值算例说明轴向平均速度、激励幅值对稳定性边界的影响。