板的非线性热弹耦合振动（Ⅰ）：近似解析解

本文以文[2,3,4]为基础,导出了板的热弹耦合非线性振动控制方程,在采用Galerkin法离散化以后,按各个变量性质分别用多尺度法或正则摄动法求得近似解析解。籍此可揭示系统各参数对非线性热弹耦合振动影响的机理和作出必要的近似计算,对工程实际具有较大的参考价值。     

基于非局部弹性理论的纳米板横向振动

本文利用非局部弹性理论研究了单层石墨烯的纳米板的横向自由振动响应．通过迭代法推导了非局部应力表达,进一步通过哈密顿原理推导了纳米板的控制方程,应用纳维解法得到四边简支纳米板振动固有频率的数值解,并将本文研究结果与已有文献结果进行对比,进一步讨论了小尺寸效应,以及纳米板的三维尺寸和半波数对振动频率的影响．结果表明：非局部效应的存在使得纳米板的等效刚度和固有频率降低;半波数的增加则使得纳米板的固有频率提高．相关分析结果对基于二维纳米材料的新设备的设计和优化具有重要意义．     

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。     

基于应变梯度中厚板单元的石墨烯振动研究

基于应变梯度理论建立了单层石墨烯等效明德林(Mindlin) 板动力学方程,推导了四边简支明德林中厚板自由振动固有频率的解析解. 提出了一种考虑应变梯度的4 节点36 自由度明德林板单元,利用虚功原理建立了单层石墨烯的等效非局部板有限元模型. 通过对石墨烯振动问题的研究,验证了应变梯度有限元计算结果的收敛性. 运用该有限元法研究了尺寸、振动模态阶数以及非局部参数对石墨烯振动特性的影响. 研究表明,这种单元能够较好地适用于研究考虑复杂边界条件石墨烯的尺度效应问题. 基于应变梯度理论的明德林板所获得石墨烯的固有频率小于基于经典明德林板理论得到的结果. 尺寸较小、模态阶数较高的石墨烯振动尺度效应更加明显. 无论采用应变梯度理论还是经典弹性本构关系,考虑一阶剪切变形的明德林板模型预测的固有频率低于基尔霍夫(Kirchho) 板所预测的固有频率.      

TWO KINDS OF SCALE EFFECTS OF VIBRATION CHARACTERISTICS OF NANO-PLATE1)

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。     

考虑辐射散热叠层板热诱发振动的有限元分析

通过在叠层板单层厚度方向上布置温度线的方法,求解了考虑辐射散热边界条件下的叠层板的瞬态温度场;在此基础上利用考虑剪切效应的高阶板位移场建立板振动的有限元方程,分析了叠层板的热诱发振动问题;通过算例与ANSYS三维耦合单元(Solid5)结果的对比表明,提出的计算模型和方法具有很好的计算效率和精度.     

横观各向同性热电材料简支矩形板的自由振动

从耦合的三维压电热弹性理论出发分析了横观各向同性热电材料简支矩板的自由振动,证明其存在两类振动,即解耦的第一类振动和耦合的第二类振动,如果板的结构和上下表面边界条件关于中面对称,则第二类振动又可进一步分解为对称振和反对称振动,给出了热电材料简支矩形板自由振动的三维精确解,采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法克服了超越方程求复根的困难。对于ＰＺＴ－４矩形板给出了数值结果,分析了耦合效应对振动频率的影响,计算     

初应力对压电压磁板中水平剪切振动的影响

针对含有初始应力的压电压磁板中的水平剪切振动问题,从基本的线弹性理论出发,经过适当的变量代换,推导出了精确的解析解,得到了电磁学开路、电学开路磁学短路、电学短路磁学开路、电磁学短路四种情况下的频率控制方程;进一步应用二分法对方程进行求解,并数值模拟了初始应力以及不同的电磁学边界条件对振动频率、位移模态的影响．研究结果表明：初始应力和电磁学边界条件对压电压磁板的水平剪切振动频率都具有显著的影响,且当初始应力变化范围较小时（初始应力与有效刚度系数之比在5%以内）,振动频率与初始应力之间呈线性关系;电磁学边界条件能显著改变压电压磁板内振动位移的分布,但初始应力对其影响不大．     

厚圆板轴对称振动的弹性力学解

本文以轴对称三维弹性力学基本方程为基础,导出厚圆板强迫振动的状态方程式。利用Ｍａｃｌａｕｒｉｎ级数和Ｓｙｌｖｅｓｔｅｒ定理,厚圆板的位移和应力可以用中面位移和应力的微分算子表示。通过载荷分解和圆板表面条件,可以得到厚圆板在对称载荷与反对称载荷作用下的振动控制方程。求解了厚圆板在周边固支和简支条件下的对称与反对称的自由振动问题。通过数值计算得到了这两类自由振动的固有频率。本文的方法适用于求解厚圆板在     

非均匀随从力作用下热弹耦合圆环板的动力特性分析

基于弹性小挠度薄板理论和考虑变形的热传导方程,采用达朗贝尔原理建立了非均匀切向随从力作用下的轴对称圆环板热弹耦合运动方程。采用微分求积法推导了特征方程,得到内边简支(固支)外边自由边界条件下前三阶量纲为一复频率的实部和虚部随随从力的变化曲线;分析了随从力变化系数、热弹耦合系数、内外半径比对圆环板横向振动复频率和稳定性的影响。数值计算结果表明:在其它参数一定的情况下,圆环板发生第1阶和第2阶耦合颤振失稳;相应的颤振失稳临界载荷随着热弹耦合系数和内外半径比的增大而增大,但随着随从力变化系数的增大而减小。     

THERMOELASTIC FREE VIBRATION OF CLAMPED CIRCULAR PLATE

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓ,ｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ,ｎｕｍｅｒｉｃａｌ,ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｒｍｏｅｌａｓｔｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ,ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.Ｔｈｅｒｍｏｅｌａｓｔｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓａｂｏｕｔｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆ…     

Thermoelastic free vibration of clampe circular plate

An analysis was given for the free vibration of clamped circular plate when temperature and stress fields were coupled. A nonlinear differential equation about time was obtained by using Galerkin’s method. The numerical results of vibration amplitude vs time were compared with the uncoupled case. It is found that if the given initial displacement is small, the effect of thermoelastical coupling will make the natural frequency increase; if the given initial displacement is large, it will be the opposite case. Effects of some different vibration factors are also discussed.     

Nonlinear vibration and buckling of circular sandwich plate under complex load

The nonlinear vibration fundamental equation of circular sandwich plate under uniformed load and circumjacent load and the loosely clamped boundary condi- tion were established by von Karman plate theory,and then accordingly exact solution of static load and its numerical results were given.Based on time mode hypothesis and the variational method,the control equation of the space mode was derived,and then the amplitude frequency-load character relation of circular sandwich plate was obtained by the modified iteration method.Consequently the rule of the effect of the two kinds of load on the vibration character of the circular sandwich plate was investigated.When circumjacent load makes the lowest natural frequency zero,critical load is obtained.     

热环境中旋转运动功能梯度圆板的强非线性固有振动

研究热环境中旋转运动功能梯度圆板的非线性固有振动问题．针对金属－陶瓷功能梯度圆板，考虑几何非线性、材料物理属性参数随温度变化以及材料组分沿厚度方向按幂律分布的情况，应用哈密顿原理推得热环境中旋转运动功能梯度圆板的非线性振动微分方程．考虑周边夹支边界条件，利用伽辽金法得到了横向非线性固有振动方程，并确定了静载荷引起的静挠度．用改进的多尺度法求解强非线性方程，得出非线性固有频率表达式．通过算例，分析了旋转运动功能梯度圆板固有频率随转速、温度等参量的变化情况．结果表明，非线性固有频率随金属含量的增加而降低；随转速和圆板厚度的增大而升高；随功能梯度圆板表面温度的升高而降低．     

Frequency equations for the in-plane vibration of orthotropic circular annular plate

Orthotropic circular annular plates have a lot of applications in engineering such as space structures and rotary machines. In this paper, frequency equations for the in-plane vibration of the orthotropic circular annular plate for general boundary conditions were derived. To obtain the frequency equation, first the equation of motion for the circular annular plate in the cylindrical coordinate is derived by using the stress-strain- displacement expressions. Helmholtz decomposition is used to uncouple the equations of motion. The wave equation is obtained by assumption a harmonic solution for the uncoupled equations. Using the separation of the variables leads to the general wave equation solution and the in-plane displacements in the r and θ directions. Finally, boundary conditions are exerted and the natural frequency is derived for general boundary conditions. The obtained results are validated by comparing with the previously reported and those from finite element analysis.     

功能梯度旋转圆板的热弹性固有振动

在考虑热因素及旋转运动条件下，针对金属－陶瓷功能梯度圆板的固有振动问题进行研究．给出随温度变化且材料组分沿厚度方向按幂律分布的材料物性参数，依据热弹性理论得到圆板的能量关系式．基于哈密顿原理建立旋转金属－陶瓷功能梯度圆板热弹性动力学方程．采用伽辽金法得到边界约束下圆板的自由振动方程，确定了静挠度及固有振动频率．基于数值计算，得到系统固有频率值随体积分数指数、转速和温度等参量的变化曲线，讨论了静挠度变化规律及动力系统的奇点稳定性问题．结果表明，固有频率随体积分数指数、材料表面温度以及转速的增加而减小．     

中厚度圆浮板自由振动的一个解析解

本文提出了常水深环境下中厚度圆浮板自由振动的一个解析解.分析中考虑了板横向剪切变形的影响和横截面转动惯性效应,利用空气中中厚度圆板的振型叠加和势流理论,导得了浮板系统频率方程的解析式.由此可看出Y.Tanaka得到的圆形薄浮板的解是本文的特例.最后数值计算还给出了水深和钢缆刚度与频率的关系曲线.并指出了h/a在什么范围可以略去剪切变形和转动惯量的影响.     

考虑表面效应的双层圆板的自由振动分析

考虑微生化传感器中谐振器的结构特点,基于Kirchhoff薄板理论与表面弹性理论推导了考虑表面效应的双层圆板的自由振动方程。使用伽辽金法得到了近似解。分析了硬化与软化表面效应与表面残余应力对双层圆板固有频率的影响。结果表明,与已有简化的单层圆板模型相比,现有考虑表面效应的双层板模型会得到与之不同的固有频率。随着板厚与上下两层板厚度比的变化,单层板模型预测的结果会比实际值偏大或者偏小,将无法为传感器膜片的研究与设计提供准确的理论值。对具有双层结构的传感器膜片的理论研究,使用现有模型得到的结果更加准确。     

轴对称自由振动功能梯度材料微圆板中的热弹性阻尼

基于经典弹性薄板理论和单向耦合热传导理论,研究了材料性质沿厚度连续变化的功能梯度微圆板的热弹性阻尼特性．首先,考虑热力耦合效应,建立了功能梯度微圆板轴对称横向自由振动微分方程．然后,忽略温度梯度在面内的变化,建立了单向耦合变系数一维热传导方程．采用分层均匀化近似方法,将变系数热传导方程转化为一系列常系数的微分方程,利用上下表面的热边界条件和层间连续性条件获得了微圆板温度场解析解．将所得温度场代入微圆板的自由振动微分方程,得到了包含热弹性阻尼的复频率,从而获得了反映热弹性阻尼水平的逆品质因子．最后,针对材料性质沿板厚按幂函数变化的陶瓷-金属功能梯度微圆板,定量地分析材料梯度指数、几何尺寸、边界条件、温度环境等对微圆板热弹性阻尼的影响．     

Thermally Induced,Nonlinear Vibrations of Rotating Disks

The natural frequency and responses for the nonlinear free vibration ofheated rotating disks are presented analytically when nonuniformtemperature distributions pertaining to the laminar and turbulentairflow induced by disk rotation are considered. The nonuniformtemperature distributions on the disk are highly dependent on itsrotation speed. The natural frequencies for symmetric and asymmetricresponses of a 3.5 inch diameter computer memory disk are calculated.When the disk is heated, its stiffness becomes larger for the two lowestnodal diameter numbers and smaller for the other nodal diameter numbers.It implies that the vibration of heated, rotating disks for the highernodal diameter numbers may be induced more easily than the cooled one.The results for the nonlinear vibration can reduce to those for thelinear vibration when the nonlinear effects vanish. To furtherinvestigate of the interaction of thermal and nonlinearity of rotatingdisks, the temperature distribution for such a rotating disk needs to bedeveloped.