耦合板在任意弹性边界条件下的自由振动分析

采用改进傅立叶级数的方法对任意弹性边界条件下的耦合板进行自由振动分析,将板的振动位移函数表示为标准的二维傅立叶余弦级数和辅助级数的线性组合。通过辅助级数的引入,解决了位移导数在边界不连续的问题。边界条件和耦合条件通过均匀布置的线性位移弹簧和旋转弹簧来模拟,通过改变弹簧刚度值可以实现任意边界条件和耦合条件的模拟。利用Hamilton原理建立求解方程,建立一个线性方程组,最终得到耦合板的控制方程的矩阵表达式,通过特征值分解可以求得固有频率。通过数值仿真分析计算并与有限元结果进行比较,验证了本方法的准确性。     

任意边界条件下中心开口矩形板自由振动特性分析EI北大核心CSCD

针对任意边界条件下中心开口矩形板的自由振动特性研究问题,引入改进傅里叶级数方法,用改进傅里叶级数形式表示开口矩形板的位移容许函数,该级数形式具有收敛性好、精度高等特点,采用沿边界均匀分布的线性弹簧模拟任意边界条件,并结合位移连续条件和Rayleigh-Ritz能量泛函变分法,对未知傅里叶展开系数求极值将问题转化为求解一个标准特征值方程问题,通过求解方程可得到中心开口矩形板的固有频率及其对应振型;对不同边界组合不需重新推导公式,只需改变模拟弹簧刚度值即可,提高了效率,最后通过数值算例与有限元方法的计算结果进行对比分析以验证文中方法的有效性和精确性。     

典型边界条件下任意截面纵肋加筋圆柱壳固有特性计算与分析EI北大核心CSCD

针对纵向加肋圆柱壳自由振动问题,考虑结构边界条件的复杂性和纵肋截面的任意性,在壳体两端引入连续可变的弹性约束,推导任意截面纵肋剪切中心与圆柱壳中面位移协调关系,并利用Gram⁃Schmidt正交法构造的级数表示壳体轴向振型函数。采用Novozhilov壳体理论,计及壳体和纵肋能量泛函中各向平移与转动惯性项贡献,基于Rayleigh⁃Ritz法得到结构自由振动的特征方程表达式,建立纵向加肋圆柱壳自由振动的统一动力学分析模型。调整约束弹簧刚度等效不同边界条件,应用该模型探究了相应边界下肋条附加位置、肋条数量和肋条偏心距对纵向加肋圆柱壳固有频率的影响。研究表明:在一定周向波数范围内,外部加肋和内部加肋圆柱壳固有频率之差的绝对值与周向波数n的变化呈正相关;增加肋条数量会降低内部加肋圆柱壳的固有频率;增大肋条偏心距会降低内部加肋圆柱壳固有频率,且偏心距与肋条数量对固有频率的影响会产生叠加效应。研究结果与验证了所提的统一动力学分析模型的精确性和有效性。     

磁场对黏弹性基体上变截面纳米梁振动特性的影响分析EI北大核心CSCD

针对磁场影响下的黏弹性基体上变截面纳米梁进行了动力学建模及振动特性影响分析。基于非局部欧拉梁理论、Kelvin黏弹性地基模型及麦克斯韦关系式,建立了系统的振动控制方程。通过联合传递函数法和摄动法对所建振动控制方程进行求解,得到了任意边界条件下变截面纳米梁的固有频率。在此基础上,系统地分析了非局部参数、磁场强度、松弛时间、锥度系数等对阻尼频率和阻尼比的影响情况。结果表明,所建的动力学模型在研究受磁场影响下的黏弹性基体上变截面纳米梁的振动特性问题准确有效。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

任意边界条件弹性杆结构扭转振动特性分析

采用改进傅里叶级数方法建立了任意边界条件弹性杆扭转振动特性预报模型。针对传统傅里叶级数在扭振边界处存在的位移导数不连续问题,通过改进傅里叶级数的方法改善解的收敛性和准确性。弹性杆结构扭振微分方程与任意边界条件方程进行联合求解,得到弹性杆扭振问题的特征矩阵方程。数值算例分析结果充分验证了本文模型的可行性与正确性。     

基于能量变分原理的梁-圆柱壳耦合系统振动特性分析EI北大核心CSCD

采用能量变分原理研究了梁-圆柱壳耦合系统振动特性。整个耦合结构可分为梁子结构和壳子结构两个部分。首先,分别采用改进傅里叶级数描述梁结构和圆柱壳结构振动位移,求取两者结构动能与结构势能;随后,利用弹簧模拟边界的方式,将边界对结构的约束转化为对应边界势能;同时,利用空间分布弹簧组来连接梁结构与壳结构,使两者耦合效应表现为对应耦合弹簧势能;激励力则可通过外力功的形式加入到整个系统之中。再利用能量变分原理,即可计算耦合系统固有振动特性或受迫振动响应。通过与有限元软件计算结果对比,验证了该方法的正确性。此外,与传统Rayleigh-Ritz法相比,该方法在面对复杂边界条件时,可构建准确的统一分析模型而不需要重新选择位移容许函数。随后,进一步探讨了模型主要参数对耦合系统振动特性的影响。     

汽车空调低压管路流固耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

汽车空调管路的振动与噪声直接影响车内舒适度。基于计算流体力学和结构有限元的流固耦合方法分析了某型汽车空调低压管路系统在制冷剂作用下的振动特性;建立低压管路系统的有限元模型,进行空管模态分析和流体作用下的预应力模态分析,针对橡胶管结构采用分层建模方法进行模态试验验证;使用流体动力学方法分析了制冷剂的流场特性,获取管壁压力,进行流固耦合作用下的管路振动特性分析,分析了流体脉动频率和橡胶管硬度对流致振动特性的影响。结果表明:空调低压管路的模态表现为低频振动的特点,且模态振型主要体现在橡胶管上;考虑制冷剂与管路的流固耦合作用后,模态固有频率增大,最大增加43.83%;靠近压缩机的橡胶管在脉动压力激励下表现出周期性的振动,远离压缩机的橡胶管振动逐渐衰减;管道应力与压缩机工作频率成正相关关系,管道振动位移随着橡胶管硬度增大而减小。     

任意边界条件下环扇形板面内振动特性分析

基于改进傅里叶级数方法(Improved Fourier Series Method,IFSM)对任意边界条件下环扇形板的面内自由振动特性进行计算分析,任意边界条件可采用沿各边界均匀分布的法向和切向线性弹簧来模拟。环扇形板的径向和切向位移函数被不变地表示为改进傅里叶级数形式,并通过引入正弦函数项来克服弹性边界的不连续或跳跃现象。将位移函数的傅里叶展开系数看作广义坐标,并采用瑞利-里兹方法对其进行求解,得到一个关于未知傅里叶系数的标准特征值问题。通过求解标准特征值问题而简单地求解环扇形板面内振动的固有频率及其振型。通过不同边界条件下环扇形板模型结果与文献解及有限元法结果相对比来验证了本文方法的正确性及可靠性。     

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。     

变厚度薄板在任意弹性边界条件下的自由振动分析

采用改进傅立叶级数的方法对任意弹性边界条件下的单向变厚度薄板进行自由振动分析,将板的振动位移函数表示为标准的二维傅立叶余弦级数和辅助级数的线性组合。通过辅助级数的引入,解决了位移导数在边界不连续的问题,改进后的位移函数能够同时满足位移边界条件和力的边界条件。边界条件通过均匀布置的线性位移弹簧和旋转弹簧来模拟,改变弹簧刚度值可以实现不同边界条件的模拟。利用Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法建立求解方程,得到变厚度板的控制方程的矩阵表达式,通过特征值分解可以求得固有频率和振型。通过数值仿真分析计算并与有限元及文献的结果进行比较,验证了本方法的准确性。     

刚性耦合三圆柱流致振动特性和机制EI北大核心CSCD

采用迭代式浸入边界法对刚性耦合三圆柱的流致振动进行了数值模拟研究。三圆柱按照等边三角形排列,上游两个并排圆柱,下游一个圆柱。圆柱间距比为P/D=1.0~4.0,雷诺数为Re=100,质量比为m=2,折合流速为U_(r)=3~30。通过研究圆柱的振幅、频率和流体力随折合流速的变化规律,发现了两种不同的振动模式,即小间距比条件(P/D=1.0)下的驰振模式和中、大间距比条件(P/D=1.6~4.0)下的涡激振动模式。而涡激振动模式在不同的间距比条件下又具有单锁定区间(P/D=1.6)和双锁定区间(P/D=2.5~4.0)两种不同振动特征。进一步分析尾流模式,发现第一锁定区间(含单锁定区间)内的振动响应由剪切层重附着机制激发,而第二锁定区间内的振动响应由交替尾涡泄放机制激发。     

黏弹性基体中变截面挠曲电Timoshenko纳米梁振动特性研究EI北大核心CSCD

以黏弹性基体中的Timoshenko纳米梁为研究对象,综合考虑非局部效应、截面非均匀性、压电效应和挠曲电效应的影响,建立了变截面挠曲电纳米梁的自由振动控制方程,基于摄动理论给出了典型边界条件下结构自由振动控制方程的传递函数求解方法,较系统研究了非局部参数、截面非均匀性、挠曲电系数以及基体黏弹性对结构振动特性的影响规律。结果表明:增大截面锥度能减小结构固有频率对非局部效应的敏感程度,并带来结构临界阻尼系数的减小;增大非局部参数能削弱结构固有频率对截面锥度的敏感程度;增大切向挠曲电系数f_(3131)可削弱结构对横向挠曲电系数f_(3131)的敏感程度,而增大横向挠曲电系数f_(3131)却增加结构对切向挠曲电系数f_(3131)的敏感程度。相关研究成果可为挠曲电纳米梁在俘能器中的推广应用提供理论基础。     

扭转弹簧约束复合材料层压梁的自由振动EI北大核心CSCD

基于伽辽金法推导了扭转弹簧约束复合材料层压梁自由振动的显式解析解。当复合材料层压梁两端的扭转弹簧刚度系数相等时,层压梁的横向挠度函数由两端简支梁的振动特征函数和两端固支梁修正的振动特征函数线性组合而成;当复合材料层压梁两端的扭转弹簧刚度系数不相等时,层压梁的横向挠度函数则由简支-固支梁的振动特征函数,固支-简支梁修正的振动特征函数和两端固支梁修正的振动特征函数线性组合而成。所构造的横向挠度函数可以避免扭转弹簧约束复合材料层压梁的经典振动特征函数在高阶(≥11)模态时出现的数值不稳定现象;研究表明,给出的显式解析表达式能有效地对扭转弹簧约束复合材料层压梁的自由振动进行分析。     

共固化阻尼薄膜夹嵌复合材料梁的振动分析EI北大核心CSCD

为研究共固化阻尼薄膜夹嵌复合材料固支梁的自由振动特性。将1阶剪切变形理论、变分原理和Hamilton原理相结合,建立了共固化阻尼薄膜复合材料梁自由振动的理论模型,提出使用伽辽金法求解该模型在固支边界条件下的自由振动理论解。通过构建有限元模型、制作阻尼薄膜夹嵌复合材料梁试件与所搭建的试验平台,分别将理论解与模拟结果、试验结果进行对比,验证了理论模型的有效性;最后,进一步探究了阻尼层在复合材料中的分布以及结构几何参数对阻尼薄膜夹嵌复合材料梁动力学性能影响的规律,为阻尼薄膜复合材料梁结构的优化设计提供理论依据。     

热环境下功能梯度环板的谱几何法自由振动解EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了热环境下功能梯度环板自由振动分析模型。首先,在该模型中假设材料特性与温度相关,且沿结构厚度方向呈现连续梯度变化;其次,通过在边界处设置不同类型的边界弹簧来模拟任意边界条件,并且基于一阶剪切变形理论推导出热环境下功能梯度环板结构的能量方程;然后,利用谱几何法和傅里叶正余弦函数来描述结构位移容许函数,进而采用Rayleigh-Ritz法获得功能梯度环板结构热振特性分析理论模型。通过热环境下功能梯度环板频率特性对比算例发现,该模型具有良好的计算准确性,并且适用于多种边界条件。最后,给出功能梯度环板结构的参数化研究,研究结果表明,环境温度、边界条件、梯度指数的变化均会对结构的热振特性产生影响。     

非局部弹性周期纳米板振动特性研究EI北大核心CSCD

结合Eringen非局部本构关系与Mindlin理论,对非局部弹性周期纳米板振动特性分析进行研究。根据不同材料纳米板连接处的协调关系,结合波动法建立非局部周期纳米板分析模型。为了验证所建立模型的正确性,采用文献结果以及有限元法进行对比,验证所建立分析模型的正确性和有效性。以此为基础,开展相应的参数化研究,探寻周期纳米板结构几何参数、周期数以及支撑条件的影响情况。结果表明,所建立的分析模型以及求解方法准确有效,不同参数对非局部周期纳米板的振动特性均存在一定的影响效果。     

基于不同截面形状的螺旋弹性管束换热器传热特性分析EI北大核心CSCD

为探究截面形状对螺旋弹性管束(spiral elastic tube bundle,SETB)换热器传热性能的影响,基于四种截面形状(四边形、六边形、椭圆形和圆形),采用双向流固耦合计算方法,对单层四螺旋弹性管束在不同入口速度条件下的振动和传热特性进行了研究。结果表明:不同截面形状的螺旋弹性管束在换热器内不同安装位置的振动响应有明显的不同。截面为椭圆形的螺旋弹性管束在振动和不振动条件下的传热系数最高,管束圆周上的局部传热系数最大,说明管束截面形状为椭圆时的传热性能最佳。振动能够实现强化传热,但振动剧烈的螺旋弹性管束其传热性能并不一定最佳,在进行螺旋弹性管束换热器设计时,并不是要一味追求高强度的振动,还要综合考虑螺旋弹性管束的安装位置和截面形状。     

三参数Pasternak黏弹性地基中锥形桩的横向自由振动特性研究EI北大核心CSCD

研究了初始轴向压力作用下三参数Pasternak黏弹性地基中圆截面锥形桩的横向自由振动特性。将桩体简化为竖向线弹性Timoshenko锥形梁-柱,考虑桩-土界面摩擦力及桩周土地基参数沿桩身纵向变化,建立锥形桩-土体系动力学模型的控制方程;通过分离变量、无量纲化与微分求积法的数值模拟,将该方程的求解转化为变系数的一般线性代数方程组的一次特征值问题,进而采用QR法求解获得各阶特征值及其特征向量。探讨了相应边界条件下桩身锥角、桩顶轴向荷载、桩长径比、桩侧摩阻力与桩周土地基参数及其沿桩身线性变化情况等对桩横向自由振动基频及其衰减系数的影响。结果表明:锥形桩的固有频率及其衰减系数随锥角的增加而降低,且锥角越大,临界阻尼越小,锥角与地基阻尼有明显的耦合效应;桩侧摩阻力与桩周土地基参数沿桩身纵向的不均匀分布对其基频的影响不可忽略。     

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.