应变能中耦合项对旋转悬臂梁振动频率的影响

大范围运动悬臂梁的动力学建模问题对动力学特性分析及控制系统设计具有极其重要的作用. 当前研究多采用一次近似模型,其忽略了由轴向和横向变形所产生的应变能中的耦合项,然而这些项对动力学特性会产生影响. 通过讨论应变能的选取方式,计入了应变能中的耦合项;利用哈密尔顿原理建立结构的耦合振动模型;再借助瑞利—里兹法,以无大范围运动时的振型函数作为基本解组,得到了结构振动广义特征方程并求解. 通过数值算例对比分析,指出考虑应变能耦合项得到的频率与不考虑应变能耦合项得到的频率存在明显差别.      

固有频率法评估损伤的阈值研究

通过分析损伤可测性的影响因素,对固有频率法判断损伤阈值的估算方法进行了研究,并以 悬臂梁模型为例,应用该方法研究了悬臂梁的损伤阈值. 数值及理论计算的结果表明：在已 知频率测量精度及方法偏差时,该方法可以判别固有频率法损伤识别的阈值,在早期损伤阶 段,该方法判别的阈值与数值模拟结果吻合良好.     

基于光学读出的微悬臂梁温度传感器研制

为实现对环境温度的高分辨率、快速、准确测量,设计制作了一种基于光学读出的微悬臂梁温度传感器.由于组成微悬臂梁的两种材料——金和氮化硅热膨胀系数的差异,在温度变化时,梁内部会产生热应力导致其弯曲变形.不同温度下梁的弯曲变形量不同,利用光杠杆方法检测出此变形,经标定后就能实现环境温度的准确测量.实验中设定系统光臂长度为25mm,采用商业化三角形微悬臂梁(长200μm、宽40μm、氮化硅层厚0,6μm,金层厚60nm)对传感器进行了测试,实验结果显示其测量重复性好,温度分辨率达到0.02℃.对于特定尺寸的微悬臂梁,通过优化其双材料厚度比,温度分辨率可达10-4℃,可用于环境温度的精密测量.     

根部柔性梁的不确定性建模与确认

首先导出了包含根部挠性参数的悬臂梁动力学方程近似解,将平动和转动柔性参数作为不确定性源,根据若干预紧力矩下的模态实验结果完成了柔性参数识别,并假定其服从正态随机分布,识别了均值与标准差,进而通过回归分析建立了不确定参数随预紧力矩变化的数学模型.最后通过新的模态实验结果对所建模型进行了确认,通过确认结果,明确了该模型的使用范围.     

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提出计算弯曲变形的虚悬臂梁法. 利用变形等效概念将非固端杆件转化为悬臂杆件(悬臂梁或一端固支刚架), 仅借助悬臂梁受集中力和均布载荷下的位移公式, 即可求得受复杂载荷非固端杆件任意截面的广义位移. 给出了把非固端杆件转化为虚悬臂梁的解法和算例. 该法规范, 易于编程, 有独特的优越性.     

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．     

计算梁弯曲变形的一种特殊叠加法

梁的弯曲变形是材料力学的核心内容之一。本文基于梁的弯曲变形理论,以悬臂梁的弯曲变形为基础,给出了一种求解梁弯曲变形的“特殊叠加法”,该方法对于计算简支梁、外伸梁以及变刚度梁的变形问题尤为方便和有效。     

测试薄膜弯曲疲劳寿命的简易实验

基于悬臂梁振动和纯弯曲理论,提出测试薄膜弯曲疲劳寿命的简易实验方法.将待检测的薄膜沉积在一定尺寸的金属片上作为试样,外力驱动试样作悬臂梁一阶弯曲受迫振动,通过光学显微镜观察其表面的薄膜是否开裂或剥落,确定薄膜的疲劳寿命,理论计算获得应力分布.以CoCrMo为基体材料研究了TiO2薄膜的疲劳特性.     

附磁压电悬臂梁流致振动俘能特性分析

流致振动蕴含巨大的能量, 本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动附磁压电俘能器的能量函数,利用Hamilton原理建立了流致振动附磁压电俘能器的机电耦合方程;利用数值方法研究详细分析了流速、圆柱绕流体直径和长度、磁间距、磁极和外接电阻等系统参数对压电俘能器振动特性和输出电压的影响.分析结果表明, 该型压电俘能器的振动幅值在低流速条件下产生涡激振动,并产生最大的输出电压;磁力可以降低压电俘能器的共振频率并能够拓宽压电俘能器频带带宽,因此,附磁压电俘能器具有相比没有附磁的压电俘能器更适用于低速层流环境;实验结果与数值结果吻合较好,验证了附磁压电悬臂梁流致振动俘能器的理论分析的正确性.      

Temperature dependence of the photothermal laser coolina efficiency for a micro-cantilever

The relationship between the photothermal cooling efficiency of a micro-cantilever＇s mechanical mode and the en- vironmental temperature is studied. The micro-cantilever and a polished fiber end form a low finesse Fabry-Perot （FP） cavity. Experimental results in a temperature range from 77 K to 298 K show that temperature has an obvious influence on photothermal cooling efficiency. The photothermal cooling efficiency, ηph, at 100 K is 10 times that at 298 K. This accords well with the theoretical analysis that the high photothermal cooling efficiency can be achieved when photothermal response time, τph, and mechanical resonant frequency, ω0, are close to the optimal photothermal cooling condition ω0τph = 1. Our study provides an important approach for high effective photothermal cooling and high-sensitivity measurement for force microscopy.