纳米尺度压电球壳的径向自由振动分析

基于非局域弹性理论研究了纳米尺度压电球壳的径向自由振动,为了得到控制方程的解析解忽略了非局域效应对电位移的影响.假设球壳沿径向极化,推导了用径向位移表达的非局域微分控制方程.考虑到尺度效应,应用边界条件得到了球壳径向自由振动的频率方程.利用频率方程本文讨论了自然频率与非局域参数以及半径比之间的关系.根据计算结果,径向振动频率受到非局域效应的显著影响.     

纳米板振动特性的两类尺度效应研究

利用非局部应变梯度理论研究了纳米板横向自由振动特性。通过迭代法获得非局部应力的渐近表达式,利用哈密顿变分原理推导了纳米板的振动控制方程。针对四边简支边界条件,运用双重三角级数法给出了板固有频率的表达式,然后研究了非局部参数、材料特征参数、几何尺寸对纳米板自振频率的影响。数值结果表明:非局部效应会弱化纳米板的等效刚度,因而使板的固有频率降低,应变梯度效应则与之相反,两类效应仅在纳米尺度下对自振频率有显著影响;板几何尺寸的改变也会对其振动频率产生重要影响。     

湍动剪切微米尺度粒子凝并TEMOM模型研究

湍动流场中剪切凝并是导致微纳米尺度颗粒系统非稳定性的主要机理. 耦合相应的湍流计算 模型, Smoluchowski平均场理论可以有效地解决该颗粒系统的时空演化问题. 把泰 勒展开矩方法(TEMOM)应用于微纳米尺度颗粒剪切碰撞问题, 重点研究湍动剪切条件下, Smoluchowski方程在矩方法框架内的封闭问题, 并进一步分析计算精度与展开阶数的关系. 结果表明, 所提部分四阶泰勒展开矩方法模型能以较高精度对微纳米尺度湍动剪切凝并 问题进行理论分析, 且证实微纳米尺度颗粒系统在湍动剪切凝并机理控制下存在拟自保持分 布状态特性.     

典型纳尺度结构的热振动

热振动是一定温度下纳尺度结构的固有运动,对其动力学行为有着重要的影响.当空间进入纳米尺度,结构呈现离散性,量子效应、边界效应、范德华力等变得不可忽略,纳尺度结构在热噪声随机激励下的动力学行为表现出众多异乎寻常的特性.以碳纳米管和石墨烯为代表的纳尺度碳材料具有优良的力学、电学和化学性质.在此介绍多种针对纳尺度结构热振动问题的研究方法、及碳纳米管和石墨烯的低温热振动、碳纳米管的非线性热振动研究进展.     

计算材料科学中桥域多尺度方法的若干进展

材料科学中存在固有的多尺度特性,桥域多尺度方法是在宏观尺度(如连续介质力学)中引入不同的细微观尺度的计算区域,乃至纳米尺度的分子动力学、量子力学计算区域,将不同尺度的研究方法通过一定的数学模型耦合在一起。该方法既能节约计算成本,又能保证所研究问题的物理特性。本文对多尺度方法的基本概念、跨尺度桥域多尺度方法的发展、基本原理、耦合方法和离散方程进行了讨论,给出了几个应用算例,并在最后进行了总结,展望了今后的可能发展方向。     

多尺度有限差分方法求解波动方程

小波分析是多尺度分析方法，本文利用具有紧支集的正交小波变换对有限差分方程进行空间多尺度近似，提出适合于层状介质波传问题数值计算的多尺度有限差分方法，将波动方程的求解转换到小波域中进行。利用小波基的自适应性与消失矩特性，有效减少了计算量、提高了稳定性，扩大了可求解的速度范围。地球物理勘探中的数值实例显示了算法具有良好效率。     

原子尺度摩擦研究进展

原子尺度摩擦问题是纳米摩擦学研究的重要组成部分, 也是近年来备受关注的热点问题之一. 原子尺度摩擦规律与宏观摩擦显著不同, 涉及更为复杂的力学机理, 受多种因素影响, 呈现出许多特有的现象和特点. 本文结合近年来无磨损原子尺度干摩擦领域的研究进展, 简要介绍了现阶段原子尺度摩擦的主要研究手段和方法, 概括了载荷、温度、相对速度以及表面特征等因素对摩擦规律的影响, 归纳了原子尺度摩擦中特有的一些力学现象, 并对未来该领域需要特别关注的问题做了初步展望.     

瞬态对流-扩散方程的变分多尺度解法

根据变分多尺度思想,求解了瞬态线性和非线性对流-扩散方程。文中为了简化"细"尺度方程的求解,忽略了该方程的瞬态性,分别用高阶多项式泡函数(High-order Polynomial Bubble)和自由残量泡(Residual Free Bubble)函数近似"细"尺度解,进而引入了消除数值伪振荡的稳定化结构。数值算例验证了本文方法的精确性、稳定性和对高Peclet数问题的适应性,证明了上述对"细"尺度模型的简化是可行的。     

输液管的非线性振动、分叉与混沌——现状与展望

围绕输液管的非线性振动、分叉与混沌问题，对近几年来的主要研究工作加以综述并提出预测，其中包括运动方程中非线性项的归纳与讨论、非线性动力分析的一些现代计算方法、定常流速下输液管的分叉与混沌行为、振荡流速下输液管的参数共振以及今后值得进一步研究的某些问题．     

纳米圆轴在弹性介质中的扭转振动分析

基于非局部应变梯度理论,考虑周围弹性介质的影响,研究纳米圆轴的扭转自由振动。首先通过Hamilton原理推导纳米圆轴扭转振动的控制方程及边界条件,接着采用微分求积法得到控制方程及三类边界条件的离散形式,最后由数值计算结果分析扭转振动特性。讨论了两个小尺度参数和弹性介质刚度的变化对振动频率的影响,并通过小尺度参数比对振动频率的影响分析两个尺度参数的耦合作用。研究结果表明,扭转自由振动频率随非局部参数增加而减小,随应变梯度尺度参数、弹性介质刚度增加而增大;当非局部参数大于应变梯度尺度参数时,小尺度效应体现为非局部效应,相反则体现为应变梯度效应。     

输液管模型及其非线性动力学近期研究进展

综述了输液管系统的各类物理模型及其相应的数学模型,在流体满足基本假设条件下,对于管道内径远远小于管道长度的直管和曲管,详细叙述了梁模型管动力学数学模型的建模过程以及建模方法,针对在水动压力作用下以及管道短而且薄的情形,综述了壳模型的输液管道的动力学方程.在此基础上,概述了近几年来输液管道的非线性振动、稳定性、分岔与混沌、特别是管道控制的研究现状,并对今后的发展趋势作了分析和预测.综观非线性动力学理论的发展历程可以发现选取研究对象和典型的数学模型是至关重要的.对于低维的非线性系统,常常选用van der Pol、Duffing、Mathieu、Lorenz等典型系统来进行研究工作的.通过本文可以看出,对于研究高维非线性系统动力学,流诱发输液管的动力学问题是非常典型的模型之一,它有着容易理解的工程背景、包含了梁和壳的振动问题,并且它的数学模型相对简单,然而却能包含非常复杂的非线性动力学现象,同时容易解释数学方法得到的结果易对应到工程中的实际现象.本文希望通过对输液管动力学模型及其非线性动力学和控制研究现状的综述,建立高维非线性动力学的分析模型,以便发展高维非线性动力学的分岔与混沌理论,同时建立相应的控制理论基础.      

输流管道系统振动研究进展

从5个方面评述了近年来输流管道流固耦合振动的研究进展.概述了输流管道线性振动的动力学建模与分析方法;非线性振动及分析方法;输流管的振动试验方法、输流管的振动控制以及管道动强度设计.并提出了进一步的研究方向以及采用的相应的对策.      

粘弹性地基上粘弹性输流管道的稳定性分析

从Winkler假设和单轴线性粘弹性本构方程出发,推导了Kelvin-Voigt粘弹性地基上三参量固体模型输流管道的运动微分方程,采用改进的有限差分法,分析了管道和地基的粘弹性参数对输流管道无量纲复频率和无量纲流速之间的变化关系的影响。     

含非线性能量汇的简支输液管非线性振动控制研究

论文建立了一个含有非线性能量汇(NES)装置并输运脉动内流的简支输液管道理论模型, 研究了NES装置对管道的非线性动力学特性与振动控制的影响. 利用Galerkin和龙格库塔法, 得到了在含NES和不含NES装置时管道动力学响应的数值结果. 研究表明, NES装置能有效地抑制管道振动. 通过对比可知, NES对管道系统的稳定性和非线性振动控制有着明显的影响. 此外, 本文还详细讨论了NES装置相关参数对系统的动力学影响. 结果表明, 增大NES的弹簧刚度、阻尼和质量比有利于管道减振, 且最佳安装位置在管道中点. 此外, 增大阻尼?能缩小失稳激励频率区域, 而其他参数的变化对失稳激励频率区域影响较小.     

Stability Analysis of Maxwell Viscoelastic Pipes Conveying Fluid with Both Ends Simply Supported

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｔｉｓｗｅｌｌ＿ｋｎｏｗｎｔｈａｔｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｐｉｐｅｓｃｏｎｖｅｙｉｎｇｆｌｕｉｄａｒｅｎａｍｅｄａｓｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃｃｏｎ ｓｅｒｖａｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｂｅｃａｕｓｅｉｔｓｅｎｅｒｇｙａｔｔｈｅｅｘｉｔｉｓｅｑｕａｌｔｏｔｈａｔａｔｔｈｅｅｎｔｅｒ[1].Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｏｍｅｓｃｈｏｌａｒｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ .Ｐａｉｄｏｕｓｓｉｓ[2 ]ｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｓｔａｂｉ…     

管道及管路系统流固耦合振动问题的研究动态

对管道及管路系统流固耦合振动问题在近二十年来的进展作了综述。根据问题特点，将本课题分为三个分支，即从紊流到振动噪声源的研究，流－弹耦合振动的研究和声－弹耦合振动的研究。在分别总结这三个分支的研究成果的同时指出了尚需进一步研究的某些问题。     

接地惯容式减振器对悬臂输流管稳定性 和动态响应的影响研究

输流管道广泛应用于机械、航空、核电和石油等重要工程领域.为防止管道结构因流致振动破坏造成的损失, 很有必要对其稳定性、动力学响应及其调控进行深入研究.本文提出一种由惯容器、弹簧和阻尼器并联组成的减振器模型, 研究了这种接地惯容减振器对悬臂输流管稳定性和非线性振动的影响. 首先, 基于哈密顿原理给出了带有接地惯容减振器非保守系统的非线性动力学模型; 然后, 利用高阶伽辽金方法对非线性方程进行离散化; 最后, 分别从线性和非线性角度分析了不同减振器参数下输流管道的被动控制效果, 着重讨论了惯容系数和减振器安装位置对悬臂管稳定性和动态响应的影响机制.线性理论模型的研究结果显示, 接地惯容减振器可显著影响悬臂管的失稳临界流速, 故通过调节减振器参数能有效提高输流管道的稳定性;惯容系数和弹簧刚度对系统稳定性的控制效果还与减振器的安装位置密切相关.非线性理论模型的分析结果显示, 惯容系数和减振器位置对输流管的非线性动态响应也有显著影响, 且这种影响还依赖于管道的流速取值; 在某些参数条件下, 减振器还可使输流管道由周期运动演化为复杂的混沌行为. 本文研究结果表明, 通过设计合理的惯容式减振器参数, 可提升悬臂输流管道的稳定性并有效抑制其颤振幅值.      

Vortex-induced vibration of pipes conveying fluid using the method of multiple scales

The nonlinear dynamics of supported pipes conveying fluid subjected to vortex-induced vibration is evaluated using the method of multiple scales. Frequency response portraits for different internal fluid velocities under lock-in conditions are obtained and the stability of steady-state responses is discussed. Results show that the internal fluid velocity has a prominent effect on the oscillation amplitude and that the steady-state responses incorporating unstable solutions in the lock-in region are also obtained. In addition, the effects of two kinds of fluctuating lift coefficients on the steady-state responses are compared with each other.