非线性梁结构的参数振动稳定性及其主动控制

采用压电材料研究了参数激励非线性梁结构的运动稳定性及其主动控制,通过速度反馈控制算法获得主动阻尼,利用Hamilton原理建立含阻尼的立方非线性运动方程,采用多尺度方法求解运动方程获得稳定性区域．通过数值算例,分析了控制增益、外激振力幅值等因素对稳定性区域和幅频曲线特性的影响．分析表明:控制增益增大,结构所能承受的轴向力也增大,在一定范围内结构的主动阻尼比也增加;随着控制增益的增大,响应幅值逐渐降低,但所需的控制电压存在峰值点．     

约束阻尼悬臂梁瞬态响应近似解析解与实验分析

利用弹性悬臂梁模态叠加构造出约束阻尼悬臂梁的振动模态,基于Lagrange方程推导出了约束阻尼悬臂梁的控制方程,求解了在集中力突然卸载的情况下约束阻尼悬臂梁的动力响应．计算并测试了一系列铝合金约束阻尼悬臂梁模型的振动频率和瞬态响应,分析了阻尼层材料参数对铝合金约束悬臂梁瞬态响应时间的影响．采用了解析法以及实验法两种方法,结果表明,所采用的方法是可靠的．     

柔性头颅模型撞击弹性板的动态响应分析

将柔性接触撞击过程处理为一个振动系统响应,采用机械网络图和求机械阻抗的方法解决了这一动态响应问题。柔性接触撞击模型考虑了头部的实际结构,把头部简化成撞击部位的头皮和头骨的质量、头部其它部分的头骨和脑液的质量、头部的刚度、头皮和脑液的阻尼系数组成的振动模型,弹性板也同样简化成由质量、刚度和阻尼构成的振动模型。采用求激振点速度阻抗的方法,得到了系统的动态撞击力、头部所受到的撞击加速度值,以及板的弹性变形、系统的固有频率等动态响应。实验数据与计算数据符合较好,证明方法是计算撞击作用下系统动态响应的实用方法,从而为头部撞击保护设计提供参考。     

轴对称饱和地基竖向振动分析

基于Biot动力固结方程,考虑了土体和水体的惯性力以及水土之间的耦合作用,采用Laplace-Hankel积分变换求解耦联合方程组,得到动荷载下饱和地基振动问题的解答．根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用圆形轴对称任意荷载时土层应力、位移等的一般积分形式解．研究表明,激振频率对饱和地基的竖向振动有很大影响,地基表面的竖向位移与施加荷载之间存在相位差．此外,动力渗透系数在荷载施加的初期对结果有较大影响,随着荷载趋于稳定,其影响变得很小．     

带人工雨线的拉索在风激励下的响应

通过在风洞中对一具有可调动力特性、雨线位置和风向角的带人工雨线的拉索模型进行了试验,研究了拉索的风雨激振特性.试验结果和其他研究人员的结果进行了仔细对比,得到了一些新的结论,澄清了过去的一些模糊认识.结果表明,带人工雨线的水平索在风向为零时的响应可以用Den Hartog驰振机制来解释,而风向不为零时,拉索表现为限速振动或限速和驰振的混合型振动.     

线性分数阶强迫振动的稳态响应

利用分数阶导数算子-∞D_t~β研究线性分数阶振动系统在谐波激励下的稳态响应.采用复指数函数形式的谐波激励,利用待定函数法得到与激励同频率的稳态响应,以及幅频关系和相频关系.讨论了分数阶导数项对刚度和阻尼的影响.     

饱和粘弹性土层中端承桩纵向振动的轴对称解析解

基于弹性和饱和多孔介质理论,将桩和饱和土层分别视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质,利用Helmholtz分解和变量分离法,在频率域研究了饱和粘弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性,给出了饱和粘弹性土层中桩纵向振动时动力响应的轴对称解析解及桩头复刚度的解析表达式．通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应,考察了饱和土物性参数、桩土模量比、桩长径比、桩Poisson比等参数对桩头刚度因子和阻尼的影响．研究表明:由于考虑了桩的径向变形效应以及饱和粘弹性土层对桩的径向力作用,轴对称精确解的桩头动刚度因子和阻尼分别与经典Euler-Bernoulli杆模型桩的桩头动刚度因子和阻尼有较大的区别,特别是在若干激励频率处．因此,经典Euler-Bernoulli杆模型桩的适用性具有一定的局限,更加精确的分析应采用三维精确模型．     

海洋立管双模态动力学分岔分析

为研究剪切流作用下顶张力立管的涡激振动响应规律,将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型.基于二阶Galerkin模态离散所得常微分方程组,采用谐波平衡法、Poincaré映射方法和Lyapunov指数法分析系统响应特点.研究结果表明:随着流速的增加,系统响应在周期运动和概周期运动间多次转换,其中周期解区域对应系统的涡激共振区;谐波平衡法结果能够较准确地预测涡激共振区周期解的振幅和频率,以及非涡激共振区概周期解的主要频率成分.     

谐和与有界噪声联合参激作用下的Visco-Elastic系统

研究了带visco-elastic项的非线性系统,在谐和与有界噪声联合参激作用下的响应和稳定性问题。用多尺度法分离了系统的快变项,并求出了系统的最大Liapunov指数和稳态概率密度函数,根据最大Liapunov指数可得系统解稳定的充分必要条件。讨论了系统的visco-elastic项对系统阻尼项和刚度项的贡献,给出了随机项和确定性参激强度等参数对系统响应影响的讨论。数值模拟表明该方法是有效的。     

随机参数作用下参激双势阱Duffing系统的随机动力学行为分析

基于正交多项式逼近理论,研究了在不同随机参数作用下参激双势阱Duffing系统的随机动力学行为.首先,借助Poincaré(庞加莱)截面分析系统的复杂动力学行为;其次,分别针对系统非线性项系数和阻尼项系数为随机参数的情况,运用正交多项式逼近法,将随机参数Duffing系统转化为与之等价的确定性扩阶系统,并证明其有效性;最后,运用等价确定性扩阶系统的集合平均响应,揭示随机系统的动力学特性,以及随机变量强度变化对系统产生的影响.数值结果表明,对于多吸引子共存情形,参激双势阱Duffing系统在随机非线性项系数影响下,其动力学行为较为稳定,共存吸引子与确定性情形保持一致;而当阻尼系数为随机参数时,随着随机变量强度的增加,部分共存吸引子将发生分岔现象.     

磁场中旋转运动圆环板主共振分岔及混沌研究

研究了磁场中旋转运动圆环板的磁弹性主共振及分岔、混沌问题.通过Hamilton(哈密顿)原理推得磁场中旋转运动圆环板的横向振动方程,并采用Bessel(贝塞尔)函数作为振型函数进行Galerkin(伽辽金)积分,得到磁场中旋转运动圆环板的无量纲非线性振动常微分方程.利用多尺度法展开,得到静态分岔方程、对应的转迁集与分岔图,以及物理参数作为分岔控制参数时的分岔图.利用Mel’nikov(梅利尼科夫)方法,对系统混沌特性进行研究,得到外边夹支内边自由边界条件下异宿轨破裂的条件;通过数值计算,得到外激振力幅值作为分岔控制参数时系统的分岔图与指定参数条件下系统响应图.结果表明,磁场扼制多值现象的产生;激振频率、转速、磁感应强度越小,激振力幅值越大,系统的异宿轨越容易发生破裂,从而引发混沌或概周期运动.     

窄带随机噪声激励下线性碰撞系统的响应

研究了单自由度线性单边碰撞系统在窄带随机噪声激励下的次共振响应问题．用Zhuravlev变换将碰撞系统转化为连续的非碰撞系统,然后用随机平均法得到了关于慢变量的随机微分方程．在约束距离为0时,用矩方法给出了系统响应幅值二阶矩的解析表达式．在约束距离不为0时,近似地得到了系统响应幅值二阶矩的解析表达式．讨论了系统阻尼项、窄带随机噪声的带宽和中心频率以及碰撞恢复系数等参数对于系统响应的影响．理论计算和数值模拟表明,系统响应幅值将在激励频率接近于次共振频率时达到最大,而当激励频率逐渐偏离次共振频率时,系统响应迅速衰减．数值模拟表明提出的方法是有效的．     

谐和随机噪声联合作用下Van der PolDuffing振子的参数主共振

研究了Van der Pol－Duffing振子在谐和与随机噪声联合激励下的参数主共振响应和稳定性问题。用多尺度法分离了系统的快变项，并求出了系统的最大Liapunov指数和稳态概率密度函数，还分析了失稳、分 叉和跳跃现象，讨论了系统的阻尼项、非线性项、随机项和确定性参激强度等参数对系统响应的影响。数值模拟表明所提出的方法是有效的。     

连接阻尼对弹性杆纵向碰撞响应的影响

分析了刚度和阻尼并存的一般边界条件下线弹性杆与刚体的纵向碰撞过程,得到了碰撞后第一个波动周期杆振动的位移、速度和应力的解析表达式,讨论了碰撞持续时间为2倍杆长与波速比的条件.将导出的解析表达式通过具体的算例代入计算,讨论了不同质量比、不同连接刚度条件下连接阻尼对于碰撞过程中杆中质点速度及应力响应的影响.研究表明,连接阻尼改变了受碰撞弹性杆的振动模式,连接阻尼影响着碰撞反射波速度和应力的突变幅度;连接阻尼增大,杆中速度和应力响应分布变平缓:在连接刚度较大的情况下,连接阻尼变化对于杆中质点速度和应力影响较大;碰撞持续时间与质量比、连接刚度、连接阻尼及杆长有关,与碰撞的初速度无关;在质量比较大的情况下,连接阻尼使得反射波到达杆碰撞端时,杆端的应力有显著的变化.     

高速列车铝型板振动声辐射特性研究

采用有限元方法建立高速列车铝型板结构分析模型,在设定边界条件基础上,利用声学软件完成了结构的固有特性、结构辐射声功率等声场特性参数计算。重点研究了自由阻尼层敷设前后底板厚度及阻尼层厚度对其固有特性及截止频率值的影响,以及对板结构振动声辐射特性的影响。研究结果表明:低阶频率范围底板厚度及自由阻尼层厚度对辐射声功率影响不明显;高阶频率范围结构会发生不可忽略的局部模态变形,底板厚度越小结构总辐射声功率越大,声辐射能力越强。敷设自由阻尼层时能够降低结构辐射声功率,但是阻尼层厚度变化对辐射声功率影响不明显。     

列车荷载引起路基振动研究分析

为了研究地基特性和轨道结构对列车振动荷载作用下地基振动问题,通过无限元边界与有限元边界相结合的有限元分析方法进行模型建立,把路堤高度、列车速度、阻尼系数、振动频率及轨道抗弯刚度因素考虑在内.结果表明,无限元边界与有限元边界相结合的有限元计算方法可以有效反映出地基振动效果,由列车荷载引起的地基振动响应随着路堤高度增加而减小;速度增加地基振动响应相应增加,并且低速与高速情况相应情况变化很大;列车低速时,轨道刚度对地基振动影响较小,相反高速时轨道刚度对振动响应影响较大;当列车速度低于剪切波速时阻尼系数改变对振动影响较小,高于剪切波速时,阻尼系数增大路堤周围地基振动水平明显减小;随着列车荷载振动频率增加,地基振动响应变化较小,但是具有减小趋势.     

隧洞进口平板门边缘漏水激振的研究——Naudascher振动模型

应用水力学和线性系统理论对问题进行分析,得出发生激振的临界条件式。就平移和旋转振型、有调压井和无调压井作示例计算,得到临界稳定曲线。解释了小缝隙漏水时更容易发生激振,与实际经验一致。计算了特征方程的根,获得振动频率和增长或衰减系数。     

飞行器结构噪声致振试验及声振耦合响应分析

以高超声速飞行器X-43A为研究对象,建立其有限元结构模型,在动力学实验室进行飞行器结构模型的固有频率测试,通过固有频率计算与试验结果对比,二者误差在1%左右,这表明所建立的结构有限元模型是比较准确的．在高声强混响室进行飞行器结构噪声致振试验,得到飞行器结构测点加速度功率谱密度(power spectral density, PSD)和舱内声场噪声声压级,通过声振耦合数值模拟计算结果与试验值对比,结果表明:数值模拟计算方法对振动噪声环境预测是比较可靠的,结构振动响应与舱内噪声响应的有限元分析与试验结果趋势上较为一致,低频段吻合较好;高频外噪声场引起的飞行器弹性腔体结构振动占据结构振动响应的主要成分,尤其是以结构低阶振动为主,而外噪声场传递到封闭腔体内的噪声也主要是通过结构腔体弹性壁板的低阶振动传播,即使外噪声激励是宽频的,封闭舱内响应噪声的频率主分量仍然是结构的低阶模态振动．     

横观各向同性饱和地基与中厚圆板的非轴对称动力相互作用

研究横观各向同性饱和土地基上中厚弹性圆板的非轴对称振动问题,即首先利用Fourier展开和Hankel变换技术,求解了简谐激励下横观各向同性饱和土地基的非轴对称Biot波动方程,然后按混合边值问题建立地基与弹性中厚圆板非轴对称动力相互作用的对偶积分方程,并将对偶积分方程化为易于数值计算的第二类Fredholm积分方程．文末给出了算例．数值结果表明,在一定频率范围内,地基表面的位移幅值随激振频率增加而增大,随距离的增大以振荡形式衰减变化．     

迟滞型材料阻尼转轴的分岔

应用平均法研究迟滞型材料阻尼转轴的分岔.首先用Hamilton原理推导出复数形式的转轴运动微分方程,然后用平均法求出各阶模态主共振时的平均方程,并分析定常解的稳定性,最后用奇异性理论分析正常运动和失稳运动响应(异步涡动)的分岔.研究表明,一定参数条件下,转轴在通过各阶临界转速(主共振)时,可能会因受到冲击而失稳(Hopf分岔).正常运动响应在不平衡量较大时有滞后和跳跃现象,而失稳运动响应是一类余维数较高的非对称分岔.由于内阻尼的非线性,响应随转速增加时还可能产生二次Hopf分岔,对应原系统的双调幅运动.做好动平衡及提高外阻尼水平是避免这种大幅值自激振动的有效措施.