复杂变截面梁的轴向自由振动分析的近似方法

介绍了带有附加影响的变截面梁轴向自由振动问题的求解方法－模态摄动法，这一方法在由等截面均匀梁低阶主模态函数组成的模态子空间中，将复杂梁的变系数微分方程的求解化为线性代数方程组的求解，从而简化了计算过程，通过与其它方法的比较，说明了本文方法的优越性。     

轴向受压运动梁横向振动特性的数值分析

针对Galerkin截断法在计算轴向受载运动梁的固有特性时,低阶频率误差较大的问题,通过引入轴向力作用对试函数进行改进,分析了两端固支和固支-自由边界条件下的Timoshenko运动梁在轴向压力作用下振动特性。结果表明:分析轴向受压运动梁的低阶弹性振动时,轴向力作用不可忽略;改进方法在轴向载荷较大时计算低阶频率有较大改进,而且对于不同边界条件有很好的适应性;轴向压力和运动效应的共同作用更易引起梁的失稳状态。     

两端受套筒约束轴向运动梁的横向振动固有频率和模态函数

摘要 研究两端带有扭转弹簧且弹簧系数可任意变化的混杂边界下的轴向运动梁的横向振动。利用混杂边界条件推导任意弹簧系数的系统特征方程以及模态函数。运用数值方法计算系统的固有频率和模态函数。通过数值算例,讨论了弹簧系数对前四阶固有频率随轴向速度变化的影响,以及弹簧系数与系统复模态函数的关系。     

轴向运动软夹层梁横向振动分析

针对传统夹层梁沿厚度方向不可压缩缺点,以上下约束层与夹心层中面横向位移为独立变量,提出全新的夹层梁理论。将夹层内任意点横向位移假设沿厚度方向变化的二次待定多项式,利用界面位移协调条件,获得以夹心层中面、上下约束层中面横向位移表示的夹心层横向位移模式,由此获得厚度方向正应变及相应剪应变。基于Hamilton原理,建立轴向运动软夹层梁横向振动控制方程组,用Galerkin法求解控制方程。研究表明,软夹层梁一阶模态为上下约束层与夹层一起作横向运动,两层之间无相对变形,与传统夹层梁理论一致;软夹层梁二阶模态为上下约束层向两相反方向运动,软夹层中面相对上下约束层不动,夹层处于上下拉伸或压缩状态;软夹层梁三阶模态为上下约束层向同一方向运动,夹心层中面向相反方向运动,夹心层上下处于不同变形状态（拉或压）。通过对振型、模态函数、自由振动响应、轴向运动速度对频率影响等因素分析表明,传统夹层梁模型为夹层梁模型的特殊形式。     

两平行导线间轴向运动载流梁的非线性主共振

研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。给出两平行导线间载流梁处磁感应强度及所受电磁力表达式,推得轴向运动载流梁的横向振动微分方程。应用伽辽金积分法,得到轴向运动梁无量纲化的非线性振动微分方程。采用多尺度法进行求解,得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例,得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图。结果表明,各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征有较大影响,且非线性振动特征较为明显。     

外激励力作用下的轴向运动梁非线性振动的联合共振

研究轴向运动梁在外激励力作用下非线性振动的联合共振问题.利用哈密顿原理建立横向振动的轴向运动梁的振动微分方程,采用分离变量法分离时间变量和空间变量并利用Galerkin方法离散运动方程.采用IHB法进行非线性振动求解,分析在内共振条件且外激励作用下的联合共振问题,对周期解进行稳定性的判定.典型算例获得了不同外激励力振幅时系统非线性振动的复杂频幅响应曲线.     

阶梯式板条的振动

用奇异函数建立非单一材质的阶梯式板条自由振动和强迫振动的微分方程并求得其通解,用Ｗ 算子给出主振型函数的表达式及常见支承条件下板条的频率方程,用广义函数讨论此类板在不同形式载荷作用下的强迫振动响应。     

轴向运动梁的横向随机响应

轴向运动梁是许多飞行器结构的简化模型,随着长细比增加和质量减小,梁的弹性特征愈加明显,同时运动速度对运动梁的振动特性也有显著影响。根据汉密尔顿原理(Hamilton’s principle),推导出轴向运动欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁模型受横向激励作用时的动力学控制方程。首先,在有轴向力和无轴力情况下分别对方程进行无量纲化、复模态分析,得到统一形式的频率方程和模态函数,可以用数值方法求解其固有频率和模态函数。然后,将动力学方程解耦为一个微分方程组,求解方程组,得到轴向运动梁在横向激励下位移的响应。最后,用数理统计的方法,计算随机响应的相关函数,再做傅里叶变换(Fourier transform)后得到复数形式的随机响应谱。数值算例的结果表明,轴向运动速度对自由梁的振动特性和随机响应有显著影响。     

高速轴向运动梁横向受迫振动的稳态分析

在两端简支边界条件下,研究超临界速度范围内轴向运动梁横向非线性受迫振动的稳态响应。考虑Kelvin本构关系,通过坐标变换建立一个积分偏微分方程,以此描述高速轴向运动梁受到一个周期的外激励后所作的微幅振动。用8阶Galerkin方法截断标准控制方程,然后使用有限差分法计算受迫振动稳定的稳态响应。结果表明,在超临界速度范围,当激励频率接近前两阶固有频率时存在共振现象。     

轴向受载粘弹性Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁横向自由振动

用复模态分析方法研究了在两端简支和固支边界下,轴向受载粘弹性Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁自由振动的固有频率、衰减系数和模态函数的特性,给出了模态函数的正交性条件。通过数值算例,讨论了长宽比、轴力和粘弹性系数对梁的固有频率、衰减系数和模态函数的影响。数值结果表明增加轴力使梁的固有频率变大、模态函数幅值变小,但衰减系数变化不明显;粘弹性系数的增大对梁的固有频率与模态函数幅值影响较小,而衰减系数明显增大。     

轴压作用下自由-自由运动梁振动特性研究

针对轴向压力作用下的两端自由运动梁的振动问题,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,通过解析法和微分求积法(DQM)求解了梁的振动特性,分析了轴向压力和运动效应以及轴向力导数和运动加速度对梁固有特性的影响,并对临界载荷、临界速度等的影响因素进行了比较研究。结果表明：轴向压力和运动效应都使得固有频率降低,压力和运动速度的特定组合会导致超临界现象和耦合模态颤振的出现;压力导数和加速度效应都会使得梁的基础频率产生不稳定性;梁的临界载荷随着运动速度增大而变小,临界速度随轴向压力增大而降低。     

湿-热-机-弹耦合FGM梁的稳定性及振动特性

研究了初始轴向机械载荷作用下Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度材料（FGM）梁在湿-热环境中的稳定性及振动特性。假设温度和湿度沿梁厚度方向稳态分布,材料的物性依赖于温度且按Voigt混合幂律模型连续分布。首先,基于一种扩展的n阶广义梁理论,应用Hamilton原理,统一建立了以轴向位移、弯曲变形项挠度及剪切变形项挠度为基本未知函数FGM梁的屈曲及自由振动方程,采用Navier解法获得了FGM简支梁静动态响应的精确解。其次,通过算例验证并给出了该广义梁理论阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,着重探讨了3种湿-热分布下湿度与温度增加、初始轴向机械载荷、跨厚比、地基刚度、梯度指标等诸多参数对FGM梁稳定性和振动特性的影响。     

轴压复合材料组合梁的振动与稳定性相关性研究

应用分布参数传递函数法分析了复合材料组合梁在轴压作用下的振动与稳定性问题及其相关性。建立了组合梁在任意边界条件下振动与稳定性的状态空间控制方程和振动频率与轴压载荷之间的相互关系式。分析中同时考虑了一阶和高阶横向剪切变形、转动惯量、细长比、各向异性、扭转变形等多种因素对组合梁固有频率和屈曲载荷的影响。并将数值例子的结果与试验值或文献所提供的结果相比较。      

基于压弯耦合效应下预应力梁的竖向自由振动研究

基于大位移广义变分原理,考虑梁的压弯耦合、剪切应变能和转动惯量的影响,建立了预应力梁的不完全广义势能泛函,通过对位移变分,推导出预应力梁自由振动微分方程。并以预应力混凝土简支梁和悬臂梁为例,通过引入边界条件,求出了自由振动频率的解答。对比Bernoulli-Eular梁和Timoshenko梁,详细分析了轴向荷载、剪切效应和转动惯量对自振频率的影响,研究发现,轴向压力荷载可使梁的自振频率降低,反之增大。剪切变形的影响约为转动惯量的3倍,随着主模态阶数的增加和长细比L/r的减小,轴向荷载、剪切变形和转动惯量的影响非常显著。因此,对于预应力混凝土梁,当跨高比L/h≤8,或长细比L/r≤28时,必须考虑轴向荷载、剪切变形和转动惯量的影响,通过与Bernoulli-Eular梁和Timoshenko梁的精确解相比较,证明该文的解答是正确的。     

SMA纤维混杂层合梁的振动分析

提出一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合梁的数学模型。采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法,同时考虑铁木辛柯剪切和马氏体相变的影响。目的是为了更进一步了解层合梁的振动控制。SMA纤维用来作为驱动器,它能够改变弹性模量和回复力,以此改变梁的频率。分析了SMA纤维含量、铺设角度和横向剪切变形的影响。结果表明,通过激活形状记忆合金纤维及改变初始变形,对层合梁的自振频率有很强的控制和调节能力。     

爆炸荷载作用下地下拱结构动力分析

为了准确分析爆炸作用下地下拱结构的动力响应,利用阻尼系数来表达土介质与结构的动力相互作用,建立结构运动方程。由于结构动态响应方程的复杂性,在计算中对结构进行了简化,忽略了结构剪切力、转动惯性矩以及切向力的影响,并且假设拱结构在切线方向是不可延展的。利用振型分解法获得了两端固支拱结构在爆炸荷载作用下的动态响应的解析解。对圆心角为120°的拱结构单元进行了计算,得出了位移、速度和加速度时程响应曲线,探讨了参数响应的最大值与比例爆距之间的关系,得到了最大值与比例爆距之间的关系曲线。利用解析计算得到了结构弯矩的包络图。     

移动荷载作用下简支梁共振与消振机理研究

推导了简支梁在移动荷载列作用下的振动响应理论解,得到了简支梁发生共振及两类消振效应的车速计算公式,阐明了二者的发生机理。提出移动荷载作用下简支梁存在两类消振效应,第一类消振为单个荷载行为,第二类消振与荷载间距有关;发生消振效应时,已经离开桥梁的荷载所引起简支梁的自由振动抵消为零,桥梁的动力响应较小;消振发生的条件较共振更为严格,当车速同时满足二者的要求时,消振效应起主要作用,将出现共振消失现象;理论上通过调整车厢长与桥跨之比可避免共振现象发生。通过算例分析了两座简支梁在列车过桥时的动力响应,验证了理论分析的正确性。     

钢管混凝土哑铃形轴压长柱极限承载力研究

共进行了10根不同长细比的钢管混凝土哑铃形轴压长柱(5根强轴向破坏,5根弱轴向破坏)的试验研究。对于沿强轴方向失稳破坏的试件,通过在弱轴方向焊接波形钢板以加大其抗弯刚度来实现,试验结果表明这一方法是可行的。与单圆管轴压长柱相似,哑铃形轴压长柱试件的极限承载力和弹塑性阶段切向刚度均随着试件长细比的增加而减小。但相同长细比情况下,与单圆管长柱弹性失稳破坏不同,哑铃形长柱属弹塑性失稳破坏。提出了哑铃形轴压长柱的非线性有限元计算方法,并进行了长细比对极限承载力影响的参数分析。研究结果表明:哑铃形轴压长柱的稳定系数与单圆管的不同,但沿强轴、弱轴向失稳的极限承载力随长细比变化而变化的规律基本一致,提出了将二者统一的稳定系数简化计算公式。     

CFL增强RC梁抗弯疲劳强度的实验研究

疲劳强度是进行结构抗疲劳设计的重要力学参量。通过对5组24条碳纤维薄板(CFL)增强RC梁进行三点弯曲常幅疲劳试验,得到了增强梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命S-N曲线及其相应的表达式,并推定其容许疲劳强度和极限疲劳强度分别为其极限承载力的62%和68%。还给出了新的疲劳寿命曲线的表达形式:载荷做功的功率H与增强梁的疲劳寿命N的关系曲线(H-N曲线),并由此推定了增强梁的容许疲劳强度和极限疲劳强度所对应的功率值。