多自由度参数振动受迫响应的三角级数逼近

针对多自由度的参数振动系统,研究了参数周期与激励力周期不相同情况下受迫振动稳态响应的三角级数解。首先根据调制反馈原理将受迫振动响应表示为各谐波成分线性组合的三角级数形式;然后运用谐波平衡及分块带状矩阵求逆算法,求解得到各个谐波项的系数向量;最后将本文提出的级数逼近法与标准的Runge-Kutta法进行了对比。结果表明:两种方法得到的相图结果高度一致,而本文方法在分析和计算上更具有优势:1)用三角级数来表达振动受迫响应,可以直接得到各频率成分的谐波系数,利于参数振动的时域、频域分析;2)所有的谐波系数向量都可以通过计算机进行数值计算,采用该方法得到的逼近误差与级数项数有关,随着级数项数的增加精度会进一步提高;当级数项数取15项时,逼近误差为8.12×10-3;3)对于同样的10万数据点的计算量,Runge-Kutta法耗时69.51s,而本文采用了大型稀疏矩阵快速算法的级数逼近法计算耗时仅0.1317s,计算效率显著提高。     

粘-弹层合悬臂板瞬态响应的近似解析解

采用双向梁函数组合级数逼近的方法构造粘-弹层合悬臂板的横向位移函数,用里兹法得悬臂板在集中力作用下的弯曲变形。用拉格朗日方程求出了板自由振动的频率和结构损耗因子;给出粘-弹层合悬臂板在集中力突然撤去以后瞬态响应的近似解析解。另外,分析了阻尼层损耗因子、弹性模量及厚度对响应的影响。     

黏弹性地基上功能梯度材料板的振动分析

为研究黏弹性地基上功能梯度材料板的自由和强迫振动特性,基于Reddy高阶剪切变形理论以及由Shen导得的广义Karman型方程,用双重Fourier级数法推导了三参数黏弹性地基上四边简支功能梯度材料板自由振动和动力响应的解析解,计算了各模态自振频率和半波冲击载荷作用下的动力响应,讨论了材料组分指数、黏弹性地基参数、边厚比等因素对自由振动和动力响应的影响.结果表明,黏弹性地基的剪切和压缩刚度显著提升了功能梯度材料板的振动频率,减小了动力响应;另外,地基的黏性对振动频率和动力响应也有一定的影响.     

功能梯度矩形板的三维弹性分析

将功能梯度三维矩形板的位移变量按双三角级数展开，以弹性力学的平衡方程为基础．导出位移形式的平衡方程。引入状态空间方法，以三个位移分量及位移分量的一阶导数为状态变量，建立状态方程。考虑四边简支的边界条件，由状态方程得到了功能梯度三维矩形板的静力弯曲问题和自由振动问题的精确解。由给出的均匀矩形板自由振动问题的计算结果表明．与已有的理论解以及有限元方法的计算结果相吻合。假设功能梯度三维矩形板的材料常数沿板的厚度方向按照指数函数的规律变化．进一步给出了功能梯度三维矩形板的自由振动问题和静力弯曲问题的算例分析，并讨论了材料性质的梯度变化对板的动力响应和静力响应的影响。     

弹性支承滑动轴承不平衡转子系统非线性动力稳定性和分岔的研究

研究弹性支承滑动轴承不平衡转子系统的稳定性及分岔特性。建立了弹性支承-滑动轴承-转子非线性动力系统的力学模型，在油膜力非线性的情况下，应用数值模拟，采用打靶法计算了刚性转子系统的周期解，并与龙格-库塔法计算的结果进行了对比，依据Floquet理论，分析了周期解的稳定性，再结合龙格-库塔法、Poineare映射法作出了系统运动分岔图。最后，讨论了轴的柔性对转子系统运动稳定性的影响。     

考虑液面波动和液体压缩时一侧受液作用悬臂梁的横振分析

本文分析一侧部分受有液体作用悬臂梁的横向自由振动，同时考虑了液面波动和液体可压缩性对悬臂梁自振特性的影响。利用一组广义三角级数的正交完备性，求得了悬臂梁与液体耦联振动的振型函数和频率方程的精确解析解，最后给出了几个数值算例。     

考虑液面波动和液体压缩时一侧受液作用县壁梁的横振分析

本文分析一侧部分受有液体作用悬臂梁的横向自由振动，同时考虑了液面波动和液体可压缩性对悬臂梁自振待性的影响。利用一组广义三角级数的正交完备性，求得了悬臂梁与液体耦联振动的振型函数和频率方程的精确析解，最后给出了几个数值算例。     

周边嵌入弹性圆薄板非线性自由振动直接摄动解法

采用弹性圆薄板中心无量纲振幅和板厚与半径的比值为参数。将挠度、应力函数对半径的导数以及自由振动频率展开为双参数的幂级数。用直接摄动法获得各级递推线性偏微分方程。应用变分法求得各级递推方程的近似解，从而给出弹性圆薄板非线性自由振动频率的基本公式。     

点支承四边自由各向异性平行四边形板自由振动、屈曲和弯曲分析

一个精确的重富立叶级数解析解用于分析四边形自由的点支横观各向异性平行四边形板的自由振动、屈曲和弯曲。解析解用叠加法得到,此解收敛迅速。与现有结果的比较证实了由本法得到的解析解的精确性。文后用图表给出高精度的自由振动、屈曲和弯曲计算结果。     

具有多个极限环非线性动力系统的解析近似

应用一种新的解析方法------同伦分析法,研究了一种具有多个 极限环的Rayleigh振子问题. 与所有其他传统方法不同,该方法不依赖于小参数, 且提供了一个简便的途径以确保级数解的收敛, 因此,特别适用于强非线性问题. 将同伦分析法与平均法以及四阶的龙格库塔方法(数值解)做了比较. 结果 表明,平均法在强非线性情况失效, 四阶的龙格库塔法不能找到非稳定的极限环,而同伦分析法不仅适用于强非线性情 况,而且给出了非稳定的极限环.     

列车荷载作用下黏弹性半空间体的随机动力响应

针对列车荷载作用下黏弹性半空间体响应的问题,利用虚拟激励法将系统的随机分析转化为确定性分析。根据列车荷载构造了相应的虚拟激励形式,通过傅里叶积分变换法把半空间体控制方程转入波数-频率域,并推导获得了系统虚拟响应的积分形式解。当相速度接近或大于瑞利波速时,积分形式解中被积函数往往具有奇异性和高振荡性,使得数值计算相当困难。对此,将被积函数图形化以确定函数的积分限,并通过自适应数值积分算法解决被积函数的振荡性。数值算例中,进行了随机列车荷载作用下半空间体的响应分析,讨论了荷载移动速度及频率等参数变化对响应的影响,给出了响应的时间和空间分布规律。本文方法可进一步推广至移动矩形荷载等载荷模型,对移动荷载作用下环境振动行为预测具有很好的借鉴意义。     

资金项目:国家自然科学基金资助项目

采用能计及非线性结构刚度的颤振方程为控制方程,和非定常N-S方程耦合求解,运用龙格-库塔方法在时域内求解结构响应的时间历程,从而确定颤振临界条件.计算了带结构刚度非线性的跨音速颤振特性.计算结果表明,结构刚度非线性对颤振特性有明显的影响.由于同时具有结构和气动力非线性,导致了具有复杂振荡极限环的特性.     

空腔流激振荡发声的数值模拟研究

通过求解二维非定常雷诺平均Navier—Stokes方程,对亚音速情况下长宽比为L／D=2的空腔流动进行了计算气动声学数值模拟研究．湍流模型选取标准κ-ε模型,空间离散采用频散相关保持格式,时间积分采用低耗散低频散龙格库塔法,进出口远场边界采用以摄动解为基础的无反射边界条件,计算结果首先与Krishnamurty实验观测的密度场纹影图进行了对比,不论是在腔内流场分布还是腔外辐射指向性上,都与实验结果符合较好;然后与Rossiter公式进行了频率对比,其结果不但较为准确地捕捉到了振荡低阶模态的频率,而且也捕捉到了振荡高阶模态的频率特性,在此基础上研究了边界层厚度对振荡性质的影响,研究表明边界层厚度对振荡幅值影响较大,而且使振荡频率发生小幅偏移,最后探讨了振荡的发声机理,分析了振荡发声及声反馈的过程,发现了空腔前缘的二次发声现象。     

基于能量法的载流单层碳纳米管振动特性研究

以非局部弹性理论为基础,考虑了碳纳米管的小尺度效应;采用欧拉-伯努利梁模型,基于能量法给出了载流单层碳纳米管的振动频率近似解;并通过具体算例,应用振动频率近似解公式求解了悬臂单层纳米管的频率值,进而研究了管内流体流速、碳纳米管小尺度参数对悬臂梁一阶振动频率及振型的影响,并将得到的结论与已有文献的结果进行比较,证明了振动频率近似解的正确性。     

列车荷载作用下黏弹性半空间体的随机动力响应Dynamic response of viscoelastic half-space subjected to train loads

针对列车荷载作用下黏弹性半空间体响应的问题,利用虚拟激励法将系统的随机分析转化为确定性分析。根据列车荷载构造了相应的虚拟激励形式,通过傅里叶积分变换法把半空间体控制方程转入波数‐频率域,并推导获得了系统虚拟响应的积分形式解。当相速度接近或大于瑞利波速时,积分形式解中被积函数往往具有奇异性和高振荡性,使得数值计算相当困难。对此,将被积函数图形化以确定函数的积分限,并通过自适应数值积分算法解决被积函数的振荡性。数值算例中,进行了随机列车荷载作用下半空间体的响应分析,讨论了荷载移动速度及频率等参数变化对响应的影响,给出了响应的时间和空间分布规律。本文方法可进一步推广至移动矩形荷载等载荷模型,对移动荷载作用下环境振动行为预测具有很好的借鉴意义。     

弹性地基中含孔隙的功能梯度圆锥壳的振动分析

为研究弹性地基中多孔功能梯度材料圆锥壳的振动特性,基于经典薄壳理论建立了弹性地基中含均匀和非均匀分布孔隙的功能梯度材料圆锥薄壳的振动方程,并用伽辽金法求得了自由振动和动力响应的解。通过参数分析讨论了孔隙、弹性地基参数、半锥角等因素对功能梯度圆锥壳自由振动和动力响应的影响。结果表明,弹性地基的压缩和剪切刚度的增大提高了圆锥壳的振动频率而显著减小了动力响应;当半锥角增大时,圆锥壳的动力响应显著增大。与非均匀分布孔隙壳体相比,均匀分布孔隙壳体的自振频率和动力响应随孔隙率的变化更为敏感。     

功能梯度板动力分析的光滑有限元法研究

为提高功能梯度板动响应问题求解精度,基于一阶剪切变形板理论,提出了求解功能梯度板自由振动问题的Cell-Based 光滑有限元格式．功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化,计算系统刚度矩阵时在光滑域内进行光滑梯度操作,可提高求解精度．采用Cell-Based 光滑有限元法,讨论了长厚比、形状因子和边界条件对两种典型功能梯度方板无量纲频率参数的影响,并与FEM法的解和文献中的解做了对比．数值算例的结果表明,光滑梯度操作可改善有限元系统的刚度,Cell-Based 光滑有限元法的计算结果更加逼近真实解,从而为功能梯度材料的进一步应用打下基础．     

具有粘滞阻尼与非线性结构阻尼的四边固支板的振动响应

本文以正则化的完全满足四边固支板边条件的广义傅立叶坐标基f_i(x,y)为基函数,将各阶振型展成广义傅立叶级数,求解了四边固支板在无阻尼情况下的自由振动。以后,以应力应变滞后一位相v的非线性结构阻尼模型,建立了粘滞阻尼和结构阻尼共同影响下的振动微分方程,求得了它的自由振动解,正弦响应和随机响应。已编制程序,对长短比为a/b=2的板进行了计算。结果表明:低阶频率和振型收敛较快,较高阶频率则要取足够的项数,方能有较为令人满意的结果。     

弹性地基上四边自由矩形板

本文用两个单三角级数和一个重三角级数相迭加的方法,求得了自由边矩形板的精确解。一般问题按其对称与反对称性分解为四个问题,然后对每一问题给出解答。所得结果不仅满足四边自由条件,而且满足角点反力为零的条件。最后给出两个算例,与有限元法、差分法结果进行比较二者相当吻合,证实我们的解是正确的。     

纳米尺度压电球壳的径向自由振动分析

基于非局域弹性理论研究了纳米尺度压电球壳的径向自由振动,为了得到控制方程的解析解忽略了非局域效应对电位移的影响.假设球壳沿径向极化,推导了用径向位移表达的非局域微分控制方程.考虑到尺度效应,应用边界条件得到了球壳径向自由振动的频率方程.利用频率方程本文讨论了自然频率与非局域参数以及半径比之间的关系.根据计算结果,径向振动频率受到非局域效应的显著影响.