屈曲黏弹性矩形板的非线性振动分岔

采用Melnikov法及Galerkin原理研究了屈曲黏弹性矩形板的非线性振动分岔,并讨论分析了长宽比、板厚等因素对屈曲黏弹性矩形板发生混沌运动区域的影响。     

黏弹性传动带1:3内共振时的周期和混沌运动

研究了参数激励作用下黏弹性传动带在1:3内共振时的周期解分岔和混沌动力学. 同时考虑传动带的线性外阻尼因素和材料内阻尼因素. 首先建立了具有线性外阻尼情况下的黏弹性传动带平面运动时的非线性动力学方程, 黏弹性材料的本构关系用Kelvin模型描述. 然后考虑黏弹性传动带的横向振动问题, 利用多尺度法和Galerkin离散法得到黏弹性传动带系统在1:3内共振时的平均方程. 最后利用数值模拟方法研究了黏弹性传动带系统的周期振动和混沌动力学, 得到了系统在不同参数下的混沌运动. 数值模拟结果说明黏弹性传动带系统存在周期分岔, 概周期运动及混沌运动.     

简谐激励下黏弹性非线性能量阱的研究

黏弹性材料作为一种良好的减振材料,广泛应用于机械、航空和土木等领域.本文用黏弹性Maxwell器件代替传统非线性能量阱中的阻尼元件,提出一种新型的黏弹性非线性能量阱,并对该模型在简谐激励下的减振性能进行分析.首先,根据牛顿第二定律建立系统的动力学方程,采用谐波平衡法求解系统的幅频响应曲线,并利用MATLAB中的Runge-Kutta数值方法验证解析解的正确性,结果吻合良好.然后,分析黏弹性非线性能量阱的减振性能和参数的影响.最后,分析了不同质量比下非线性刚度比和阻尼比同时变化时减振效果的变化趋势,并讨论了黏弹性非线性能量阱的最佳取值范围.研究结果表明:主系统的最大振幅随着非线性刚度的增加先减小后增大;当参数选取恰当时,黏弹性非线性能量阱比传统非线性能量阱的减振效果更优;另外,随着质量比的增加,主系统最大振幅的最小值出现先减小后趋于不变的现象,且非线性刚度比和阻尼比的最佳取值范围有所增大.以上结论对黏弹性非线性能量阱的实际应用提供了一定的理论依据.     

对不可压黏弹材料非线性本构关系的探讨

运用张量分析,证明了适合描述不可压缩黏弹性材料非线性本构关系的3种理论：BKZ理论、Lianis理论和Chirstensen理论,运用到各向同性材料中它们的单轴拉伸具有一样的表现形式,同时也验证了3种理论在解释非线性本构关系时具有统一性．     

基于ANSYS二次开发进行黏弹性结构动力学分析

弹性-黏弹性复合结构目前在结构减振方面应用很广泛,但是现有的有限元分析软件系统尚不能有效地计算这种复合结构．因此对ANSYS进行二次开发,利用ANSYS进行前处理与建模,再利用外挂程序进行模态计算,最后将结果返回ANSYS进行后处理．将理论计算结果与实验结果进行比较,说明这种方法是可行的,计算精度满足要求．在此基础上,还对一体化有限元模型进行了修正,也取得了令人满意的结果．     

多尺度法的推广及在非线性黏弹性系统的应用

黏弹性材料在航空、机械、土木等领域具有广阔的应用前景,而具有1.5自由度的非线性Zener模型能更好地描述其特性.因此,研究多尺度法的推广和应用具有重要意义.在传统多尺度法的基础上,推广并利用多尺度法对非线性奇数阶微分方程进行研究,解决非线性奇数阶系统的动力学求解问题.以非线性Zener模型为例,首先通过推广的多尺度法...     

黏弹性本构关系构建方法及应用举例

黏弹性力学是力学重要分支之一。本文从基本的黏弹性元件出发,逐级从黏弹性变形基本单元推广到普遍的黏弹性变形模型,引入并推导本构方程。最后结合典型黏弹性材料的高温蠕变行为,介绍了黏弹性理论在工程实际中的应用。结合笔者近几年的黏弹性理论教学实践,结合学生的课堂反应,从教学内容、方法和环节等方面进行探讨。文中教学措施可为讲授力学课程的教师提供参考。

     

含随机参数的非线性黏弹性有限元计算

进行了粗粒土与结构接触面单调和循环加载试验，基于宏细观测量结果, 扩展了 损伤概念以 描述该类接触面在受载过程中的物态演化, 及由于物态演化导致的力学特性从初始状态到最终 稳定状态的连续变化过程. 揭示了接触面损伤的细观物理基础主要是接触面内土的颗粒破碎 和剪切压密这两种物态演化；指出接触面的剪胀体应变可以划分为可逆性和不可逆性剪胀体 应变两部分，其中不可逆性剪胀体应变可作为接触面损伤发展的宏观量度，因此其归一化 形式可作为一种损伤因子的定义；提出了建立粗粒土与结构接触面一种损伤本构关系的基本思路.     

载流导线的横向非线性振动

研究二长直电流间载流导线的横向非线性振动，采用广义加权残值法偏偏微运动方程简化。导线载直流时得到Ｄｕｆｆｉｎｇ方程，求出解和频率的精确形式和近似形式。导线载交流时得到非线性Ｍａｔｈｉｅｕ方程，共振解摄动法得到。交直流载的频幅流形都反应出二长直电流间载流导线横向振动典型的非线性。     

黏弹性模型微分型本构方程的矩阵形式

针对多个弹性元件和黏性元件以任意连接方式组成的线性黏弹性模型,本文探究了其本构方程的通用矩阵形式表述。首先将研究问题扩展为由Maxwell基本单元构成的标准模型,然后转化为有向图,根据独立路径和闭包围的形式表征出基本应力方程和应变方程,进一步推导得到了任意线性黏弹性模型的微分型本构方程的一般矩阵形式。论文最后总结并建立了一套适合计算机编程的固定范式,利用Python编程实现了该算法、获得了一些数值计算结果。     

非对称混杂边界轴向运动Timoshenko梁橫向振动分析

研究两端带有扭转弹簧且弹簧系数均可任意变化的非对称混杂边界下的轴向运动Timoshenko梁的横向振动.利用非对称混杂边界条件推导对应任意弹簧系数的系统超越方程以及特征函数.运用数值方法计算系统的固有频率及其相应的模态函数,并研究确定梁的刚度、轴向速度以及边界处扭转弹簧的刚度的影响.通过数值算例,比较7imoshenko梁、瑞利梁、剪切梁和欧拉梁的固有频率随轴向速度的变化,分析转动惯量和剪切变形的影响.     

NONLINEAR DYNAMICS OF AXIALLY ACCELERATING VISCOELASTIC BEAMS BASED ON DIFFERENTIAL QUADRATURE

This paper investigates nonlinear dynamical behaviors in transverse motion of an axially accelerating viscoelastic beam via the differential quadrature method. The governing equation, a nonlinear partial-differential equation, is derived from the viscoelastic constitution relation using the material derivative. The differential quadrature scheme is developed to solve numerically the governing equation. Based on the numerical solutions, the nonlinear dynamical behaviors are identified by use of the Poincare map and the phase portrait. The bifurcation diagrams are presented in the case that the mean axial speed and the amplitude of the speed fluctuation are respectively varied while other parameters are fixed. The Lyapunov exponent and the initial value sensitivity of the different points of the beam, calculated from the time series based on the numerical solutions, are used to indicate periodic motions or chaotic motions occurring in the transverse motion of the axially accelerating viscoelastic beam.     

轴向变速运动粘弹性弦线的横向振动分岔

研究轴向运动弦线横向振动的分岔.弦线轴向速度为常平均速度带有简谐涨落,其粘弹性材料由Kelvin模型描述.建立系统的动力学方程并应用2阶Galerkin截断进行简化.计算了弦线中点的Poincare截面映射对平均轴向速度、轴向速度涨落幅值和弹性模量的分岔图.     

轴向运动弦线的纵向振动及其控制

综述轴向运动弦线纵向振动及其控制问题的研究进展.多种工程 系统如动力传送带、磁带、纸带、纺织纤维、带锯、空中缆车索道等均 涉及轴向运动弦线的纵向振动.对线性模型而言,除早期结果外,总结了 运动弦线的模态分析、具有复杂约束和耦合的运动弦线振动和运动弦线 参数振动的近期研究.对非线性模型而言,提出了轴向运动弦线大幅纵向 振动的运动微分方程,概述了离散化和直接近似解析分析、用黏弹性材 料模型化阻尼机制和动力传输系统的耦合振动研究的新进展.讨论了轴 向运动弦线振动主动控制的研究现状,包括能控性和能观性,控制分析的 频域方法和能量方法,振动的自适应控制和非线性振动的控制.最后指出 该研究方向今后需要研究的若干重要问题,包括运动弦线的非线性动力学 行为、黏弹性运动弦线的振动、含运动弦线的混杂系统的控制和轴向运 动弦线非线性振动的控制.     

非齐次边界条件下轴向运动梁的非线性振动

轴向运动系统的横向非线性振动一直是国内外研究的热点课题之一.目前相关研究大都是针对齐次边界条件的.但是在工程实际中,非齐次边界条件更为常见,而针对非齐次边界条件的研究相对较少.为深入研究非齐次边界条件对轴向运动系统横向非线性振动的影响,本文以轴向变速运动黏弹性Euler梁为例,引入由黏弹性引起的非齐次边界条件,同时还引入由轴向加速度引起的径向变化张力,建立梁横向振动的积分-偏微分型运动方程,并导出了相应的非齐次边界条件.采用直接多尺度法分析了梁的次谐波参数共振.由可解性条件得到了梁的稳态响应,并根据Routh-Hurvitz判据确定了系统稳态响应的稳定性.通过数值例子讨论了黏弹性系数,轴向运动速度,轴向速度脉动幅值和非线性系数对幅频响应的影响,并详细对比分析了非齐次边界条件和齐次边界条件对幅频响应的影响.结果表明:随着黏弹性系数的增大,非齐次边界条件下的零解失稳区域和稳态响应幅值比齐次边界条件下的失稳区域和幅值大,非齐次边界条件对高阶次谐波参数共振的影响更加显著.最后,引入微分求积法来验证直接多尺度法的近似解结果.      

ON GALERKIN DISCRETIZATION OF AXIALLY MOVING NONLINEAR STRINGS

A computational technique is proposed for the Galerkin discretization of axially moving strings with geometric nonlinearity. The Galerkin discretization is based on the eigenfunctions of stationary strings. The discretized equations are simplified by regrouping nonlinear terms to reduce the computation work. The scheme can be easily implemented in the practical programming. Numerical results show the effectiveness of the technique. The results also highlight the feature of Galerkin＇s discretization of gyroscopic continua that the term number in Galerkin＇s discretization should be even. The technique is generalized from elastic strings to viscoelastic strings.     

ITERATIVE ALGORITHM FOR AXIALLY ACCELERATING STRINGS WITH INTEGRAL CONSTITUTIVE LAW

A numerical method is proposed to simulate the transverse vibrations of a viscoelastic moving string constituted by an integral law. In the numerical computation, the Galerkin method based on the Hermite functions is applied to discretize the state variables, and the Runge- Kutta method is applied to solve the resulting differential-integral equation system. A linear iterative process is designed to compute the integral terms at each time step, which makes the numerical method more efficient and accurate. As examples, nonlinear parametric vibrations of an axially moving viscoelastic string are analyzed.     

NONLINEAR VIBRATIONS OF AXIALLY ACCELERATING VISCOELASTIC TIMOSHENKO BEAMS

研究了轴向加速黏弹性Timoshenko梁的非线性参数振动。参数激励是由径向变化张力和轴向速度波动引起的。引入了取决于轴向加速度的径向变化张力,同时还考虑了有限支撑刚度对张力的影响。应用广义哈密尔顿原理建立了Timoshenko梁耦合平面运动的控制方程和相关的边界条件。黏弹性本构关系采用Kelvin模型并引入物质时间导数。耦合方程简化为具有随时间和空间变化系数的积分-偏微分型非线性方程。采用直接多尺度法分析了Timoshenko梁的组合参数共振。根据可解性条件得到了Timoshenko梁的稳态响应,并应用Routh-Hurvitz判据确定了稳态响应的稳定性。最后通过一系列数值例子描述了黏弹性系数、平均轴向速度、剪切变形系数、转动惯量系数、速度脉动幅值、有限支撑刚度参数以及非线性系数对稳态响应的影响。     

超临界轴向运动梁横向非线性振动频域分析

数值方法研究超临界速度下轴向运动梁横向非线性振动前两阶固有频率.通过对非平凡平衡位形做坐标变换,建立超临界轴向运动梁的标准控制方程,一个积分-偏微分非线性方程.利用有限差分法数值离散梁两端简支边界下控制方程,计算轴向运动梁中点的横向振动位移,并将计算结果作为时间序列,运用离散傅立叶变换得到超临界轴向运动梁横向振动的频率.通过数值算例,讨论了系统参数对前两阶固有频率在超临界范围随轴向速度变化的影响.     

POWER LAW NONLINEAR VISCOELASTIC CRACK-TIP FIELDS

The aim of this paper is to derive the power law type nonlinear viscoelastic crack-tip fields. For the requirement of later derivation, the HRR singular fields and the high-order asymptotic fields are first examined. That they are essentially the isotropic, incompressible, power law type nonlinear elastic crack-tip fields is illustrated. After a concise review of the elasticity recovery correspondence principle for solving the nonlinear viscoelastic problems, the correspondence principle for solving the crack problems of power law type nonlinear viscoelastic materials under the first type boundary condition is proposed. The solution of the crack-tip stress, strain fields for the power law type nonlinear viscoelastic materials, especially for the modified polypropylene, is obtained.