Large deflection of flexible tapered functionally graded beam

In this paper the semi-analytical analyses of the flexible cantilever tapered functionally graded beam under combined inclined end loading and intermediate loading are studied.In order to derive the fully non-linear equations governing the non-linear deformation,a curvilinear coordinate system is introduced.A general non-linear second order differential equation that governs the shape of a deflected beam is derived based on the geometric nonlinearities,infinitesimal local displacements and local rotation concepts with remarkable physical properties of functionally graded materials.The solutions obtained from semi-analytical methods are numerically compared with the existing elliptic integral solution for the case of a flexible uniform cantilever functionally graded beam.The effects of taper ratio,inclined end load angle and material property gradient on large deflection of the beam are evaluated.The Adomian decomposition method will be useful toward the design of tapered functionally graded compliant mechanisms driven by smart actuators.     

热荷载作用下Timoshenko功能梯度夹层梁的静态响应

在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上建立了Timoshenko功能梯度夹层梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了两端固支功能梯度夹层梁在横向非均匀升温作用下的静态热过屈曲和热弯曲变形数值解.分析了功能梯度材料参数变化、不同表层厚度和升温参数对夹层梁弯曲变形、拉-弯耦...     

轴向变速粘弹性Rayleigh梁参数共振稳定性

运用近似解析方法和数值方法研究轴向变速运动黏弹性Rayleigh梁的次谐波共振和组合共振的稳定性区域。基于变分原理,考虑梁断面旋转惯性的影响,推导轴向速度有周期波动的微变形梁横向振动的数学模型;采用多尺度方法建立前两阶次谐波共振和组合共振范围内的参数振动的可解性条件;进而确定梁两端简支边界条件下,因共振而产生的失稳区域;通过微分求积方法求解表征细长Rayleigh梁横向振动的运动微分方程。数值算例分析了黏弹性系数和扭转系数对梁振动失稳区域的影响,将数值仿真结果与近似解析方法的结论进行比较。算例表明:近似解析解的精度较高,第一、第二阶主共振的最大误差分别为3.206%、4.213%。     

大变形柔性多体系统非线性动力学数值仿真与实验研究

提出了一种作大范围运动柔性梁的非接触动态测试技术.在基于位移的柔性多体系统几何精确建模及非线性有限元分析技术的基础上,利用EAGLE-500运动分析系统及其相应的分析软件对作大范围运动钛合金柔性梁作了实验研究,并且利用之前提出的几何精确梁理论进行数值仿真.数值仿真结果与实验结果完全吻合,验证了作者所提的几何精确梁理论及...     

撞击载荷下Nomex蜂窝夹芯梁的变形模式研究

本文研究了Nomex蜂窝夹芯结构在不同冲量下的变形模式和失效模式.实验采用子弹撞击的加载方式,对Nomex蜂窝夹芯梁施加大小不同的冲量,使用激光位移传感器测量每个试件后蒙皮的变形位移.分析了同芯层厚度,不同蒙皮厚度的Nomex蜂窝夹芯梁在不同冲量作用下抵抗变形的能力,以及冲量大小与蒙皮厚度对夹芯梁抵抗撞击能力的影响,计算分析了蒙皮与芯层的吸能性.实验结果表明:增加蒙皮的厚度能够改善夹芯梁在撞击荷载下抵抗变形的能力,在撞击过程中芯层吸收了50％左右的能量,且冲量越大,芯层吸收的能量越多.     

热环境中粘贴压电层功能梯度材料梁的自由振动

研究了上下表面粘贴压电层的功能梯度材料Euler-Bernoulli梁在升温及电场作用下的屈曲和自由振动行为.在精确考虑轴线伸长基础上,建立了压电功能梯度材料层合梁在热-电-机载荷作用下的几何非线性动力学控制方程.其中,假设功能梯度材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,上下压电层为各向同性均匀材料.在小振幅和谐振动假设下,上述非线性偏微分方程组被转化为两套相互耦合的常微分方程组,即过屈曲问题的控制方程和过屈曲构形附近的线性振动控制方程.采用打靶法数值求解上述两个耦合的常微分方程边值问题,获得了在均匀电场和横向非均匀升温场作用下两端固定压电.功能梯度材料层合梁在屈曲前和过屈曲构型附近的自由振动响应.绘出了梁的过屈曲平衡路径以及前3阶固有频率随热、电载荷及材料梯度参数变化的特性曲线.结果表明,梁的前3阶频率在屈曲前随着温度升高而减小,在进入过屈曲后它们却随着温度升高而增加.通过施加电压在压电层产生拉应力可有效地提高粱的热屈曲临界载荷,从而提高其固有频率.     

基于修正偶应力理论的Timoshenko微梁模型和尺寸效应研究

基于修正偶应力理论,将Timoshenko微梁的应力、偶应力、应变、曲率等基本变量,描述为位移分量偏导数的表达式.根据最小势能原理,推导了决定Timoshenko微梁位移场的位移场控微分方程.利用级数法求解了任意载荷作用下Timoshenko简支微梁的位移场控微分方程,得到了反映尺寸效应的挠度、转角及应力的偶应力理论解.通过对承受余弦分布载荷Timoshenko简支微梁的数值计算,研究了Timoshenko微梁的挠度、转角和应力的尺寸效应,分析了Poisson比对Timoshenko微梁力学行为及其尺寸效应的影响.结果表明:当截面高度与材料特征长度的比值小于5时,Timoshenko微梁的刚度和强度均随着截面高度的减小而显著提高,表现出明显的尺寸效应;当截面高度与材料特征长度的比值大于10时,Timoshenko微梁的刚度与强度均趋于稳定,尺寸效应可以忽略;材料Poisson比是影响Timoshenko微梁力学行为及尺寸效应的重要因素,Poisson比越大Timoshenko微梁刚度和强度的尺寸效应越显著.该文建立的Timoshenko微梁模型,能有效描述Timoshenko微梁的力学行为及尺寸效应,可为微电子机械系统（MEMS）中的微结构设计与分析提供理论基础和技术参考.     

一类弹性系统的精确L2-能控性

该文研究带有压电驱动器的Rayleigh梁系统的精确能控性.先用算子半群方法和提升结果[9]建立了Rayleigh梁方程解的正则性;再用Hilbert唯一性方法结合Diophantine逼近理论的某些结果得到了系统的精确L2-能控性.     

深水S型铺管管道形态及力学分析方法研究

S型铺管是一种效率很高的铺设海底管道的方法,研究深水S型铺设管道形态及力学分析方法对于开发我国南海油气田具有重大意义.本文建立了深水S型铺管中管道形态的大挠度梁微分方程,并且通过数值方法求解得到的结果论证了深水S型铺管中管道悬垂段形态可以用自然悬链线近似,并在接下来的对S型铺管中管道的整体力学特性的有限元分析中,对过弯...     

Analytical and experimental studies on nonlinear characteristics of an L-shape beam structure

This paper focuses on theoretical and experimental investigations of planar nonlinear vibrations and chaotic dynamics of an L-shape beam structure subjected to fundamental harmonic excitation,which is composed of two beams with right-angled L-shape.The ordinary differential governing equation of motion for the L-shape beam structure with two-degree-of-freedom is firstly derived by applying the substructure synthesis method and the Lagrangian equation.Then,the method of multiple scales is utilized to obtain a four-dimensional averaged equation of the L-shape beam structure.Numerical simulations,based on the mathematical model,are presented to analyze the nonlinear responses and chaotic dynamics of the L-shape beam structure.The bifurcation diagram,phase portrait,amplitude spectrum and Poincare map are plotted to illustrate the periodic and chaotic motions of the L-shape beam structure.The existence of the Shilnikov type multi-pulse chaotic motion is also observed from the numerical results.Furthermore, experimental investigations of the L-shape beam structure are performed,and there is a qualitative agreement between the numerical and experimental results.It is also shown that out-of-plane motion may appear intuitively.