刚架结构的节点质量阻尼减振分析

在回传矩阵法的基础上，引入节点质量阻尼模型，对刚架结构进行被动减振分析。根据分析结果可以看出，节点质量阻尼可以对结构的能量进行吸收，阻断能量的传播，从而可以达到对结构局部进行减振的目的。     

考虑阻尼的无限长小垂度缆索弹性波的传播

缆索结构被广泛应用于电气、土木、海洋和航空工程等领域,随着缆索在工程中的应用长度越来越长,高阶振动越来越明显,研究时应该考虑扰动沿着缆索的传播.现有对缆索弹性波传播的研究中,通常不考虑阻尼项,然而阻尼对于波的传播有着重要影响.文章考虑阻尼的影响,发展了包含阻尼项的三维弹性缆索运动方程.通过求解上述含阻尼项的运动方程,分别考察了面内面外弹性波的频率关系、相速度和群速度等自由传播特性,进而通过计算无限长弹性缆索在初始余弦型脉冲作用下的位移响应,分析扰动沿着该缆索的传播规律,考察波的色散现象以及阻尼对于缆索弹性波传播的影响.结果表明,考虑阻尼后,面内波和面外波均为色散波,面内波在曲率的作用下,为高度色散波.此外,在阻尼的影响下,波的峰值在传播过程不断减小,且波的后缘端点响应总是高于前缘端点响应.     

椭圆柱壳链的波形弥散特性研究

椭圆柱壳链可以引起波形弥散，从而可以调控应力波的传播.本文通过3D打印、冲击测试、细观有限元模拟和理论分析，研究了在质量块冲击加载下，单胞纵横比、冲击质量和速度对椭圆柱壳链中弹性波传播弥散行为的影响.结果表明，冲击过程中，椭圆柱壳链结构中的速度峰值随着波传播逐渐减小，纵横比越大或冲击质量越小，速度峰值衰减越剧烈，而冲击速度对椭圆柱壳链的波形弥散行为几乎无影响.相关研究对新型波形控制器的设计和精确有效地调控弹性波传播具有重要意义.     

失谐周期结构中弹性波与振动的局部化

基于弹性波传递矩阵方法，研究了失谐周期结构中弹性波与振动的局部化问题．给出了结构中弹性波传递矩阵的一般表达式，采用奇异值分解方法，分别计算了谐和与失谐周期结构中的局部化因子，并对其进行了分析讨论．对周期结构中波传播与振动局部化的分析方法可用于结构的优化设计．     

周期波导中弹性波局部化问题的研究

基于弹性波传递矩阵方法，对周期波导中弹性波局部化问题进行了分析研究。根据互易性原理和能量地恒定律，给出了结构弹性波传递矩阵的一般表达式。采用两种求解局部化因子的计算方法，分别计算了谐和与失谐周期波导中的局部化因子，并对其进行了分析讨论。本文对周期波导中波传播与振动局部化的分析方法和计算结果可用于结构的优化设计。     

弹性波在螺栓搭接结构中传播行为的数值模拟

为了建立有效的基于弹性波的螺栓连接损伤检测方法,研究弹性波在连接结构中的传播行为至关重要。本文针对典型单螺栓搭接薄梁,采用非线性多物理场耦合有限元仿真方法,研究弹性波在连接结构中的传播行为。采用ANSYS中压电耦合单元建模MFC压电传感器,非线性接触单元建模螺栓连接结构,将接触面之间考虑为考虑摩擦接触的非线性关系。依次对螺栓施加预紧载荷,对结构施加模拟电压激励,进行非线性瞬态波传播分析。同时,本文对仿真结果进行了实验验证。结果表明,本文建立的有限元模型和分析方法能够有效地模拟弹性波在连接结构中的传播过程,数值预测的响应电压和实验结果吻合较好。针对非线性模型计算耗费大的问题,本文对非线性模型进行了线性化改进。具体为采用准静态接触有限元分析确定对接面有效接触面积的大小,然后将接触面积上对应节点绑定,进行线性瞬态波传播分析。结果表明:本文的线性方法能够有效模拟波传播过程,并能有效降低计算耗费;弹性波在连接梁中传播时,经过连接界面和螺栓位置时,传播路径、波形、幅值都发生了较大的变化。     

半平面问题远域辐射阻尼的时域边界元法模拟研究

辐射阻尼在岩石基坑爆破开挖、边坡稳定、结构抗震以及结构-地基动力相互作用等实际工程问题中具有重要意义.为了模拟半平面问题的远域辐射阻尼,以时域边界元法(TD-BEM)理论为基础,根据应力波在弹性介质中的传播特性,在时域内提出了一种新的单元,即自适应半无限边界单元,专门用于离散远域半无限边界.该单元外侧节点是一个始终处于应力波波前位置的动态节点,保证计算区域在任何情况下都恰好包含应力波的影响范围,从而模拟远域辐射阻尼.最后,分别采用近场和远场动力荷载作用下的弹性半平面算例进行验证,并将结果与有限元法FEM和常规TD-BEM结果进行综合对比.结果 表明,采用自适应半无限单元的TD-BEM满足半无限域的辐射条件,较好地解决了远域辐射阻尼的模拟问题,且在计算时间成本与常规TD-BEM几乎相同的前提下,具有更高的计算精度.     

Lamb波在复合材料板中传播的谱有限元模拟

众所周知Lamb波在复合材料中的传播呈各向异性的特点,经典有限元法模拟这类问题效率不高,所以,本文采用谱有限元法进行研究。先建立了一种新的谱有限板单元,该单元以Gauss-Lobatto-Legendre点作为节点,使质量矩阵是对角矩阵;另外,该单元采用了扩展的位移场,能够较好地模拟板结构的三维特性。然后,对复合材料板结构中Lamb波在对称模式与反对称模式下的传播速度进行了求解,将计算结果与Mindlin板谱单元的结果以及三维弹性理论的结果进行了比较,并讨论了Lamb波在反对称层合板中的传播特点。最后,模拟了Lamb波在含和不含损伤复合材料层合板中的传播,数值结果表明所建立的谱有限板单元可以较好地模拟出Lamb波在复合材料板结构中的传播特性。     

爆轰波在阻尼管道中声吸收的实验研究

实验旨在研究气相爆轰波在阻尼管道 (管壁上衬有吸收材料 )中传播时的衰减现象。先是在光滑管壁的管道中产生稳定的具有胞格结构的爆轰波 ,然后使其通过专门设计的管壁上衬有吸收材料 (金属丝网或不锈钢纤维 )的阻尼段。利用高速摄影、压力传感器和烟迹技术等手段 ,记录和测试了阻尼段对几种混合气体爆轰波的传播速度、爆压及胞格结构产生的影响。实验分别在方管和圆管中进行。发现在某些条件下爆轰波可以被衰减成强爆燃。     

PMN-PT夹层弹性半空间结构中SH波的传播Propagation of SH waves in sandwich structures consisting of PMN-PT single crystal layer and elastic half-spaces

分析了弹性上下半空间和PMN‐PT单晶层组成的夹层结构中SH波的传播性质,PMN‐PT单晶沿[011]c方向极化,宏观上呈mm2对称,且晶体沿角度θ方向切割。基于正交各向异性压电材料和各向同性弹性材料的基本方程,得到了夹层结构中SH波传播时行列式形式的频散方程。通过对数值算例进行分析可以看出,PMN‐PT单晶的切割角度和弹性材料属性对结构中的相速度有很大影响,因此波的某些传播性能可以通过材料的设计以及晶体切割的方向来实现,这些结论为声表面波器件的开发和应用提供了理论依据。     

梁波传播的固有特性

以分布参数的理论为基础，分析了梁波传播的一些固有特性，说明了它们与周期性结构的关系，讨论了支持条件对波传播特性的影响，指出了如果把近似方法应用于波传播分析中，可能引起的一些问题．本文的结果可直接应用于周期性结构的分析中     

有限元畸变单元离散模型中的SH波动

本文采用晶格动力学分析方法,研究了有限元畸变单元离散模型中的SH波的传播规律。结果表明单元畸变对波动规律影响显著,当单元畸变较小时,单元畸变对波动传播并不产生明显的不利影响,当单元畸变较大时,这一影响不可忽略。通过详细分析和对比集中质量、混合质量和一致质量模型中的波动规律,评价了不同有限元模型的抗畸变能力。文中还讨论了时域离散化与单元畸变联合作用对波动传播的影响。     

非线性变形节理中纵波传播特性的理论研究

基于波前动量守恒理论和位移不连续方法所提出的时域分析新方法,引入岩石非线性法向本构关系,对弹性纵波在岩石非线性节理中的传播特性进行了理论分析。采用节理变形的双曲线模型(BB模型),获得纵波P波斜入射非线性节理的传播波动方程,并通过参数研究分析了在岩石节理中节理非线性系数、节理初始刚度、应力波入射角和入射波幅值等因素对纵波传播规律的影响。结果表明:所推导的应力波传播方程在考虑多种非线性问题时,通过迭代计算即可方便求出透射波和反射波的数值解,避免了复杂的数学运算;当波斜入射节理面时,产生了波型转换,节理变形的非线性对透射波和反射波有较大影响,透射系数和反射系数并非随着非线性参数的变化而单调变化。时域内所推导的波传播方程更有益于波斜入射时非线性参数的广泛研究,为开展该方面的理论研究工作提供了借鉴。     

Discontinuous wave fronts propagation in anisotropic layered media

The problem of dynamic interaction of wave phase fronts with anisotropic elastic media interfaces is considered. A technique based on joint use of the ray theory, locally plane approach and theory of stereomechanical impact is elaborated. It is employed for the investigation of discontinuous waves propagation in anisotropic tectonic structures. The cases of interaction of quasi-longitudinal and quasi-shear discontinuous waves with the interfaces separating different anisotropic elastic media are treated. The issues are considered which are associated with the wave front surfaces bifurcations, generation of their singularities and caustics, as well as with stress concentration and formation of zones where the stresses tend to infinity.     

Reflection and transmission of a compression wave at a tunnel portal

Analyses are made of the interaction of the nonlinearly steepened, compression wavefront generated by a high-speed train in a tunnel with the tunnel portal ahead of the train. The ‘micro-pressure’ pulse emitted from the portal can rattle structures in nearby buildings, and the expansion wave reflected back towards the train can cause discomfort to passengers. It is concluded that the usual simplified approximation of one-dimensional propagation within the tunnel provides an adequate representation of interactions of the wave with the portal, and also with ‘windows’ in the tunnel wall near the portal. It is shown how a discrete distribution of windows can be used to produce a reflected expansion wave that varies linearly across the wavefront, and how the thickness of that wavefront can be made many times larger than the thickness of the incident compression wave profile. A detailed analysis of the wave radiated from the portal reveals that cumulative nonlinear effects of propagation over long distances make little or no contribution to the free-space radiation of the micro-pressure wave.     

基于带状单元法的电磁弹性多层板复频散特性分析

超声波在弹性介质中传播时理论上可以分为传播、非传播及衰减模式,且分别与实、虚及复波数相对应,可用复频散特性来进行描述.这一性质在电磁弹性多层板结构中同样存在.该文利用带状单元法对其进行了分析和计算.首先,利用能量守恒定律并结合介质的本构方程、平衡方程及相应边界条件构建了结构的带状单元模型,然后利用该模型获得了电磁弹性多层板的频散方程,最后以一个由压电材料BaTiO3和压磁材料CoFe2O4构成的三层板为数值分析对象,给出了波在其中传播时的复频散特性,并利用计算结果证明了当前相关文献中材料常数引用的不合理性.     

Wave dispersion and dissipation performance of locally resonant acoustic metamaterials using an internal variable model

Engineering structures for different dispersion and dissipation levels of wave propagation use internal variable models, which may enhance the performance of acoustic metamaterials (AMMs). In this study, the wave dispersion and dissipation performance of AMMs is studied using an anelastic displacement fields (ADF) model. A symmetric state-space method based on Floquet-Bloch’s theorem for a nonviscously damped unit cell is developed. The study also constructs Bloch’s eigenvalue problems built from the symmetric state-space formulation to obtain the wavevector-dependent damped frequency and damping ratio for wave propagation analysis of periodic structures. The effects of wave dispersion and dissipation on the performance of AMMs are studied by using two numerical examples of mass-in-mass lattice systems containing multiple resonators. It is shown that nonviscous damping increases the wave dispersion performance of AMM. It is also shown that the metadamping phenomenon enhances the wave dissipation performance of AMM. It is demonstrated that the new method in symmetric form is applicable for performance analysis of periodic phononic crystal.     

ANALYSIS ON IMPACT RESPONSES OF UNRESTRAINED PLANAR FRAME STRUCTURE(Ⅱ)-NUMERICAL EXAMPLE ANALYSIS

By using the formula derived in Part (Ⅰ), the instant response of an unrestrained planar frame structure subjected to the impact of a moving rigid-body are evaluated and analysed.The impact force-time history between the structure and the moving rigid-body, shear force and bending moment distribution along the beams, axial force distribution along the bars were calculated. The wave propagation phenomena of the longitudinal wave in the bars, the flexural and shear waves in the beams were also analysed. The numerical results show that the time duration of impact force is controlled by the flexural wave and the longitudinal wave; the shear effect in beams should not be neglected in the impact response analysis of structures.     

ANALYSIS ON IMPACT RESPONSES OF UNRESTRAINED PLANAR FRAME STRUCTURE(Ⅱ)—NUMERICAL EXAMPLE ANALYSIS

By using the formula derived in Part （ Ⅰ ）, the instant response of an unrestrained planar frame structure subjected to the impact of a moving rigid-body are evaluated and analysed. The impact force-time history between the structure and the moving rigid-body, shear force and bending moment distribution along the beams, axial force distribution along the bars were calculated. The wave propagation phenomena of the longitudinal wave in the bars, the flexural and shear waves in the beams were also analysed. The numerical results show that the time duration of impact force is controlled by the flexural wave and the longitudinal wave ; the shear effect in beams should not be neglected in the impact response analysis of structures.