球壳扭转振动的弹性力学理论解

本文用三维弹性力学理论求得球壳轴对称扭转振动问题的解析解。揭示了壳体在子午线方向和半径方向的耦合振动,研究了厚度方向剪切振动的固有频率和振型。文末给出顶端封闭和开孔球壳固有频率和振型的数字结果。对于各种不同厚度球壳的振动特性作了详细的讨论。     

螺旋细杆的均匀扭转振动

讨论螺旋细杆的特殊形式扭转振动，即均匀扭转振动．以非圆截面杆和有原始曲率的圆截面杆为研究对象．杆作均匀扭转振动时各截面有相同的扭角变化规律，且杆中心线的几何形状不受振动过程的影响．研究表明，扭振来源于杆截面的非对称性及杆的原始曲率．杆的扭振规律与单摆运动相似，其动力学方程存在精确解．圆环杆的均匀扭振为螺旋杆的倾角为零时的特例．     

弹性地基中含孔隙的功能梯度圆锥壳的振动分析

为研究弹性地基中多孔功能梯度材料圆锥壳的振动特性,基于经典薄壳理论建立了弹性地基中含均匀和非均匀分布孔隙的功能梯度材料圆锥薄壳的振动方程,并用伽辽金法求得了自由振动和动力响应的解。通过参数分析讨论了孔隙、弹性地基参数、半锥角等因素对功能梯度圆锥壳自由振动和动力响应的影响。结果表明,弹性地基的压缩和剪切刚度的增大提高了圆锥壳的振动频率而显著减小了动力响应;当半锥角增大时,圆锥壳的动力响应显著增大。与非均匀分布孔隙壳体相比,均匀分布孔隙壳体的自振频率和动力响应随孔隙率的变化更为敏感。     

变厚度圆环板/圆板横向自由振动的动刚度法求解

分别基于经典薄板理论和一阶剪切理论研究了沿半径方向变厚度的圆板及圆环板的横向自由振动,将结构离散为若干个等厚度同心圆环单元,在得出圆环单元的精确解后,通过动刚度法组装单元。应用该方法将变厚度圆板退化至等厚度板,与解析解对比验证了计算方法的正确性;用于计算线性或非线性变厚度板,也能与有限元三维解吻合。计算结果表明:基于一阶剪切理论和薄板理论的动刚度法计算等厚度薄板的振动均能取得与解析解完全吻合的数值解;而计算变厚度薄板时则采用基于一阶剪切理论的动刚度法更准确;与有限元法相比,本文采用的动刚度法划分单元少,具有较高的计算效率,尤其在工程中的大型板结构振动方面有较好的应用前景。     

横观各向同性圆球壳的自由扭转振动

本文用弹性动力学理论研究横观各向同性圆球壳的轴对称自由扭转振动问题,求出位移和应力的解析表达式,揭示了壳体在子午线方向和半径方向的耦合振动特性,文末算例给出不同几何尺寸和材料性质圆球壳固有频率和振型的数字计算结果.     

阶跃扭矩作用下弹性圆柱壳冲击屈曲

本文首先基于Koiter初始后屈曲理论和Thompson离散坐标方法,给出了受扭圆柱壳的缺陷敏感性分析及冲击扭转屈曲渐近分析,并指出它对应于对称失稳的情形。然后通过求解受扭圆柱壳的非线性动力学方程,指出在阶跃扭矩作用下的后屈曲阶段,壳体的振动幅值剧增,周期变大。     

复合材料圆锥壳的振动方程及其轴对称振动分析

本文采用 Donnell 型扁壳小变形理论,首先推导出用位移分量表示的无扭转耦合的复合材料叠层圆锥壳的运动方程组,并初步讨论了该方程组的基本性质。针对轴对称振动问题,文中采用了不常用的坐标改写了运动方程组,并以半锥角的正弦值为摄动参数,运用奇异摄动法,得到了正交铺设叠层圆锥壳体的轴对称振型和频率的一阶近似解。最后,以石墨/环氧复合材料为例,用数值计算初步讨论了拉弯耦合项对频率的影响。     

基于实验研究的轧机垂扭耦合振动分析

以承钢1780热连轧机组的R1为研究对象,依据多自由度系统振动理论,提出了一种垂扭耦合动力学模型的建模方法,建立了R1的垂扭耦合振动微分方程;并结合现场实测数据,确定了系统的耦合系数;分别计算了该轧机垂振、扭振、垂扭耦合振动的固有频率,并进行了比较。分析了考虑耦合振动系统时,轧机固有频率的变化情况,给出了R1垂扭耦合振动的前15阶固有频率。通过对咬钢激励情况下垂扭耦合系统的动态响应分析,分别计算了上下辊系扭振与垂振的最大振幅。通过对振动幅值的比较,论证了扭振与垂振之间的影响程度,并通过现场实测对理论分析结果进行了验证。     

开闭裂纹转子的弯扭耦合振动研究

以水平放置的Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了开闭裂纹转子弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了纯弯曲振动与弯扭耦合振动情况下转子的动力响应。结果表明：弯扭耦合振动是由转子质量的偏心和转子自重的共同作用而产生的，当质量偏心很小时可以不考虑扭转振动的影响，当偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且由于裂纹开闭的作用，使扭转的耦合作用存在一个范围，随裂纹深度的增加，扭振影响的转速下限就会越低，但当裂纹较深、转速较快时，扭转对弯曲振动在作用范围内有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感，因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

板簧扭振减振器高精度力学模型研究

在中小长细比板簧扭振减振器结构分析中,多采用Euler-Bernoulli梁理论而不考虑剪切变形的影响。为解决由此导致的减振器参数计算误差偏大的问题,基于Timoshenko梁理论推导了考虑剪切变形影响的板簧扭振减振器簧片力学模型,并采用有限元法进行了验证。结果表明:基于Timoshenko梁理论的解析结果与有限元数值结果吻合较好,并优于Bernoulli梁理论计算结果,证明了此理论公式的正确性和可靠性。所推导的力学模型能方便设计人员的使用,有助于推动板簧扭振减振器计算理论的深化和拓展,丰富板簧扭振减振器的计算方法。     

任意变厚度的旋转扁薄壳非线性稳定的幂函数解法

以幂函数为试函数,两次使用配点法成功地分离了耦合的大挠度方程,从而导出变厚度旋转扁壳非线性稳定的计算式。支座可以是弹性的。本文给出了均布或多项式分布荷载作用下,线性或多项式型变厚度的圆锥壳、球壳、余弦壳或四次多项式型旋转壳的上、下临界荷载。均布荷载作用下指数型变厚度球壳的上临界荷载同其他方法的结果作了比较。用配点法编写的程序具有收敛范围大、精度高、通用性强和计算时间少的优点。     

变厚度圆柱壳的轴对称自由振动

本文借助于状态空间法研究变厚度圆柱壳的轴对称自由振动问题.引进状态变量,建立状态方程,用状态空间法求解具有任意边界条件和厚度变化形式的圆柱壳的固有频率和振型。     

四边简支功能梯度圆锥壳的非线性振动分析

研究了四边简支条件下功能梯度圆锥壳的非线性自由振动。首先,通过Voigt模型和幂律分布模型描述了功能梯度材料的物理属性。然后,考虑von-Karman几何非线性建立了功能梯度圆锥壳的能量表达式,利用Hamilton原理推出圆锥壳的运动方程。在此基础上,采用Galerkin法,只考虑横向振动,功能梯度圆锥壳运动方程可简化为单自由度非线性振动微分方程。最后,通过改进的L-P法和Runge-Kutta法求解非线性振动方程,讨论功能梯度圆锥壳的非线性振动响应,分析几何参数和陶瓷体积分数指数对圆锥壳非线性频率响应的影响。结果表明,几何参数对非线性频率和响应的影响相较于陶瓷体积分数指数更明显;圆锥壳的几何参数和陶瓷体积分数指数通过改变非线性频率影响振动响应;功能梯度圆锥壳呈弹簧渐硬非线性振动特性。     

轧机主传动系统扭振响应数值模拟及结构失效研究

轧机主传动系统是轧制过程中传递运动和力矩的主要装置,其扭转振动(扭振)是影响钢铁生产质量并导致关键零部件异常破坏的重要原因之一。基于ANSYS有限元软件,针对轧机主传动扭振系统进行数值模拟及结构失效分析。首先,对轧机主传动系统进行模态分析,获得扭振系统固有属性关系;然后,通过谐响应分析得出不同位置零部件的频域响应曲线;最后,对易损部位关键零部件件进行结构失效原因分析,将数值计算结果与实际情况相结合,以验证分析结果的准确性与可靠性。研究结果可为轧机主传动扭振系统中零部件结构优化和进一步动态控制策略的制定提供重要理论参考。     

碳纳米管增强复合材料圆锥薄壳非线性自由振动

考虑碳纳米管复合材料作为功能梯度材料的不均匀性,基于连续介质理论以及哈密尔顿变分原理,建立了功能梯度碳纳米管增强复合材料开口圆锥薄壳结构的非线性运动偏微分控制方程,然后利用Galerkin法,将非线性偏微分控制方程转化为常微分控制方程,进而采用谐波平衡法求解了开口圆锥壳的非线性自由振动问题,并探讨了圆锥薄壳几何参数、碳纳米管参数对结构非线性自由振动的影响．数值研究表明结构的无量纲非线性自由振动频率与线性自由振动频率的比值随圆锥薄壳长厚比的增大而变小、并随圆锥角的增大而变大．     

裂纹转子的弯扭耦合振动特性分析

研究了裂纹转子的弯扭耦合振动特性,分析了扭转对弯曲振动的影响,数值分析结果表明,在某些情况下扭转振动的耦合使变曲振动转子的裂纹特征消失,对转子水裂纹故障的早期预报与诊断不利,     

复合材料的多层、夹层和加筋圆柱曲板的稳定和振动

本文在文献〔1,2〕的基础上,考虑了沿壳体厚度方向的剪切变形,探讨周边简支的纤维增强复合材料的正交各向异性的多层、夹层和加筋矩形圆柱曲板(与圆柱壳),在轴压、侧压和剪切(扭矩)作用下的临界载荷和横向振动固有频率的计算问题。在编成计算程序后,用一些算例将用文献〔1〕中的扁壳方程(Donnell壳体理论) 和文献〔3〕中的非扁壳方程(Love的壳体一阶近似理论) 算得的结果作了比较;将轴压下轴对称失稳和非轴对称失稳的临界载荷作了比较;将在轴压和侧压作用下失稳时外加筋曲板和内加筋曲板的临界载荷作了比较;将有薄膜力N_x~0和N_y~0同时和分别作用时与没有薄膜力作用时的横向振动固有频率作了比较;将按壳体的剪切变形理论和经典理论算得的临界载荷作了比较;将铺层情况对临界载荷的影响作了比较。     

交流电动机启动过程的扭振及电震荡

本文建立了电机的扭振方程和电路方程相耦联的统一数学系统,得到了它的解.研究了电源电压、扭转刚度等参数对启动过程的扭振、电磁力矩、电流等的影响,得到了一些有工程实际价值的规律和消除这种大扭振的途径,理论结果和实验结果吻合很好.     

高频扭转振动对钻井过程破岩特性的影响研究

为了研究高频扭转振动钻井对PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头破岩的影响,基于弹塑性力学和机械振动原理,分别建立切削齿的切削模型和岩石的振动方程,并指出了岩石的响应特点。通过岩石的应力-应变试验,得到了岩石的等效塑性应变率与岩石剥落之间的关系。依据现场试验与分析计算,研究了高频扭转振动频率对钻井机械钻速的影响。研究结果表明:当钻井扭振频率为岩石的共振频率时,岩石的塑性应变率为1.5%,钻井的机械钻速为6.3mm/s。研究方法与结论对于利用高频扭振提高破岩效率研究具有重要的应用意义。     

功能梯度截顶圆锥壳的热弹性弯曲精确解

研究了功能梯度材料截顶圆锥壳在横向机械载荷与非均匀热载荷同时作用下的变形问题. 基于经典线性壳体理论推导出了以横向剪力和中面转角为基本未知量的功能梯度薄圆锥壳轴对称变形的混合型控制方程. 假设功能梯度圆锥壳的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式. 然后采用解析方法求解,得到了问题的精确解. 分别就两端简支和两端固支边界条件,给出了圆锥壳的变形随其载荷、材料参数等变化的特征关系曲线,重点分析和讨论了载荷参数与材料梯度变化参数对变形的影响.