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1.
赵雨皓  杜敬涛  陈依林  刘杨 《力学学报》2022,54(9):2529-2542
弹性结构作为一种基本单元被广泛于建筑、航空、航天、船舶等工程领域. 为有效降低弹性结构的振动水平, 深刻理解其振动特性、动力学行为显得尤为重要. 本文建立了具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷结构动力学分析模型, 并采用伽辽金截断法预报结构的动力学响应. 在伽辽金截断法的求解过程中, 选取具有弹性边界约束的轴向载荷结构的模态振型函数作为伽辽金截断法的试函数与权函数. 首先, 研究截断数对伽辽金截断法稳定性的影响, 并采用谐波平衡法研究伽辽金截断法的可靠性. 在此基础上, 研究谐波激励扫频方向、非线性支撑参数对具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷结构动力学响应的影响规律. 研究结果表明, 具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷结构的动力学响应具有初值敏感性且非线性支撑参数对结构动力学响应的影响显著. 相关非线性支撑参数使得结构出现复杂动力学行为. 合适的非线性支撑参数能够抑制具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷结构的复杂动力学行为并对结构边界处的减振具有有益效果.   相似文献   
2.
剪切流作用下层合梁非线性振动特性研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
刘昊  瞿叶高  孟光 《力学学报》2022,54(6):1669-1679
针对剪切流中层合的大变形非线性振动问题, 采用高阶剪切变形锯齿理论和冯·卡门应变描述层合的变形模式和几何非线性效应, 构建了大变形层合非线性振动有限元数值模型; 采用基于任意拉格朗日?欧拉方法的有限体积法求解不可压缩黏性流体纳维-斯托克斯方程, 结合层合和流体的耦合界面条件建立了剪切流作用下层合流固耦合非线性动力学数值模型, 采用分区并行强耦合方法对层合的流致非线性振动响应进行了迭代计算. 研究了不同速度分布的剪切流作用下单层和多层复合材料的振动响应特性, 并验证了本文数值建模方法的有效性. 结果表明: 剪切流作用下单层的振动特性与均匀流作用下的情况不同, 的运动轨迹受剪切流影响向下偏斜, 随着速度分布系数增加, 尾部流场中的涡结构发生改变; 刚度比对剪切流作用下层合的振动特性有显著影响, 随着刚度比的增加, 层合振动的振幅增大, 主导频率下降, 运动轨迹由‘8’字形逐渐变得不对称; 发现了不同厚度比和铺层角度情况下, 层合存在定点稳定模式、周期极限环振动模式和非周期振动模式三种不同的振动模式, 改变层合铺层角度可实现层合周期极限环振动模式向非周期振动模式转变.   相似文献   
3.
中性线修正型变截面梁类构件压电控制   总被引:1,自引:1,他引:0  
传统绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation, ANCF)在变截面类构件建模过程中常以几何中位线等效构造单元中性线, 难以对变截面单元位移场状态进行精确描述. 为解决此类问题, 本文以中细型变截面类构件为研究对象, 深入考虑变截面结构几何因素及复合材料属性对变截面类构件中性线位置所产生的偏差影响, 建立修正型变截面单元位移场描述方法. 并进一步结合负应变率压电控制策略, 通过传感型及作动型压电片提出变截面类构件在空间热载荷作用下的ANCF主动抑振抑变控制方法. 同时, 以变截面太阳帆桅杆在轨实际运行状态为算例, 通过所述方法分析验证了模型在动力学参数预测过程中的准确性及精确性, 并深入探究变截面类构件在不同压电安装策略下的动态行为参数演化规律. 据其分析结果可知, ANCF主动抑振抑变控制方法随作动型压电片与传感型压电片之间安装距离的增加, 其控制同步性将会降低; 且在一定程度内提高增益调节系数可加强控制系统的稳定性及灵敏性, 但该参数一旦发生超调亦会激励变截面类构件产生非稳定性振动.   相似文献   
4.
压电加速度传感器是同振型矢量水听器的核心部件。为了满足低频高灵敏度矢量水听器的应用需求,提出并研究一种具有层合结构的低频高灵敏度加速度传感器。结合弹性力学和压电方程推导层合加速度传感器的加速度灵敏度解析解表达式,通过有限元仿真对层合加速度传感器尺寸进行优化,给出优化后的尺寸范围。从优化的尺寸范围中选取两种不同尺寸进行加速度传感器振动特性的仿真分析及实物制作(其中压电材料为PZT-5)与性能测试。仿真与测试结果均表明,相比已有的同尺寸金属加速度传感器,层合加速度传感器可以有效降低谐振频率并提升加速度灵敏度。当压电层厚度为0.5 mm时,加速度灵敏度最大提升3.9 dB,谐振频率下降23%。测试结果与理论分析相符。   相似文献   
5.
针对分级周期结构,进行了振动带隙特性优化研究,以期提高结构的减振性能。采用谱元法计算分级周期的频响曲线,并结合传递矩阵法计算结构的色散关系,将两种方法相结合来研究结构的振动带隙特性。构建带隙占比函数作为优化目标函数,将单胞结构的尺寸作为优化参数进行带隙特性优化。经过优化,使得在研究频段内带隙特性大大提高。通过与有限元法和振动实验相对比,验证了谱元法计算和优化结果的正确性。研究内容对于提高周期结构的振动带隙特性和减振应用提供有益参考。  相似文献   
6.
研究了具有转动惯量和结构阻尼的耦合方程组在非线性边界条件下的吸引子.首先通过Faedo-Galerkin方法证明了整体解的存在唯一性,其次证明了系统存在有界吸收集和半群的渐近光滑性,最后得到了全局吸引子的存在.  相似文献   
7.
杆件的断裂会涉及到大变形、非线性以及不连续等问题,通常的数值计算方法模拟这种复杂力学行为具有局限性。本文基于颗粒离散元法DEM,将接触粘结处的分布式弹簧用纤维进行等效,提出了一种适于结构弹塑性分析的DEM纤维模型,然后在此基础上构建了构件断裂模拟算法以及纤维破环准则。将该模型应用于悬臂结构,模拟了悬臂从弹性到弹塑性阶段,再到断裂破坏的全过程,数值模拟得到的结构响应和截面开裂破坏形态均较合理。最后将该方法应用于单层网壳倒塌破坏模拟,并与网壳振动台倒塌试验进行对比,结果表明,数值模拟得到的杆件断裂过程及结构倒塌模式与试验现象一致,验证了该模型的正确性和适用性。  相似文献   
8.
基于Euler-Bernoulli理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响,为了得到更加精确的单元模型,该文基于考虑剪切效应的纤维单元,根据Timoshenko理论,推导了该纤维单元的刚度矩阵,并结合弹塑性增量理论,同时考虑了几何非线性和材料非线性的双重影响,建立了压弯剪复杂应力状态下结构非线性有限元分析理论。该文最后利用MATLAB编制了相关计算程序,对钢筋混凝土和矩形钢管混凝土的典型压弯剪构件进行有限元数值模拟,得到了构件的荷载-位移非线性全过程曲线。典型算例的验证结果表明:该文建立的非线性有限元分析理论是通用、可行和正确的。  相似文献   
9.
本文研究了弹性地基上主共振响应的时滞效应.基于Hamilton原理,建立了时滞影响下弹性地基上的非线性运动微分方程,采用多尺度法,求得了时滞效应下主共振响应调制方程以及稳定性条件.通过数值算例,分析了时滞和调谐参数影响下主共振响应的峰值及幅频响应特性.结果表明,地基反力中的时滞效应对主共振响应影响较大,会导致共振域偏移,在一定区间内,响应幅值随时滞变化先减小再增大,呈现出周期性,并导致幅频曲线弯曲程度增大.  相似文献   
10.
本文对一类中心刚体-柔性系统在大范围转动下的刚柔耦合动力学问题进行了研究. 柔性为功能梯度材料(functionally graded materials, FGM)楔形变截面,材料体积分数在轴向呈幂律分布变化. 以弧长坐标来描述柔性FGM的几何位移关系,分别使用倾角和拉伸应变变量描述柔性的横向弯曲和纵向拉伸变形,并计及剪切效应. 采用假设模态法离散变形场,运用第二类拉格朗日方程进行方程推导,得到系统考虑剪切效应的刚柔耦合动力学模型. 基于全新的刚柔耦合动力学建模理论,研究不同轴向材料梯度分布的FGM楔形,通过数值仿真计算,分析讨论不同的转速、梯度分布规律以及变截面参数对系统动力学特性的影响. 结果表明,剪切效应对大高跨比的FGM楔形的变形影响较为明显,不容忽略;材料梯度分布规律和截面参数的选取均会对旋转FGM楔形的动力学响应和频率产生较大影响. 本文提出的考虑剪切效应的倾角刚柔耦合动力学模型是对以往非剪切模型的进一步完善,可应用于工程中的 Timoshenko结构的动力学问题求解.   相似文献   
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