水平弹性支撑圆拱的动力特性研究

用柔度法建立了水平弹性支撑拱结构的自由振动方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力. 计算分析了水平弹性支撑对两铰圆拱固有特性的影响,水平弹性支撑会使拱结构的自振频率减小,当拱结构的矢跨比为0.1 左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构的振动形态,尤其在高阶振型中将完全按照梁的特点振动.分析了圆弧梁与两铰圆拱的振动内力特点,提出了柔度系数的概念,经过计算得到了水平弹性支撑拱转化为两铰圆拱和圆弧梁的临界柔度系数以及对应的临界刚度系数.     

上覆单相弹性层饱和地基上弹性基础的竖向振动分析

基于Biot动力控制方程,运用Fourier积分变换技术,并按照混合边值条件和连续条件建立了上覆单相弹性层饱和地基上弹性基础竖向振动的对偶积分方程.利用正交多项式将对偶积分方程化简,得到了动力柔度系数随无量纲频率b0的变化关系曲线,从而得到了上覆单相弹性层饱和地基上弹性基础的竖向振动规律.数值分析结果表明,对于弹性基础,当弹性基础的挠曲刚度较大时,发现弹性基础的竖向振动特性与刚性基础的类同,可忽略挠曲刚度对竖向振动的影响,且当无量纲频率较小的时候,动力柔度系数Cv随着无量纲频率b0的变化而发生显著的变化,但当无量纲频率b0较大的时候,动力柔度系数Cv受无量纲频率的影响较小,甚至基本上不受影响.当弹性基础的挠曲刚度较小时,随着挠曲刚度的减小,弹性基础的竖向振动将发生显著的变化,动力柔度系数Cv的实部和虚部的绝对值均变大.     

核主泵叶轮间隙的轴向振动特性研究

具有径向流的间隙结构广泛存在于轴承结构与旋转机械中,间隙中的流固耦合作用可能影响整体结构的运动稳定性。基于理论间隙模型和核主泵的实际结构,本文对径向间隙流引起的轴向振动进行了多方面的研究。当间隙的一个壁面产生轴向振动并处于旋转状态时,壁面受到由径向流引起的时变轴向力,因此间隙为叶轮提供附加的轴向刚度和阻尼。通过研究以水为介质的理论间隙模型,发现径向间隙流会引起负的等效轴向动力系数(刚度和阻尼),并且流道形状是影响间隙轴向动力特性的重要因素。扩张流道和平行流道会产生负的轴向动力系数,特别是负阻尼会引起结构振动发散;而收缩流道间隙具有稳定的轴向动力特性。最后,对AP1000核主泵原型叶轮间隙模型进行分析,结果表明,间隙会引起轴向负刚度,并且在一定工况下出现负阻尼,此时系统轴向稳定性及结构安全运行将受到严重的不良影响。     

核主泵叶轮间隙的轴向振动特性研究

具有径向流的间隙结构广泛存在于轴承结构与旋转机械中,间隙中的流固耦合作用可能影响整体结构的运动稳定性。基于理论间隙模型和核主泵的实际结构,本文对径向间隙流引起的轴向振动进行了多方面的研究。当间隙的一个壁面产生轴向振动并处于旋转状态时,壁面受到由径向流引起的时变轴向力,因此间隙为叶轮提供附加的轴向刚度和阻尼。通过研究以水为介质的理论间隙模型,发现径向间隙流会引起负的等效轴向动力系数（刚度和阻尼）,并且流道形状是影响间隙轴向动力特性的重要因素。扩张流道和平行流道会产生负的轴向动力系数,特别是负阻尼会引起结构振动发散;而收缩流道间隙具有稳定的轴向动力特性。最后,对AP1000核主泵原型叶轮间隙模型进行分析,结果表明,间隙会引起轴向负刚度,并且在一定工况下出现负阻尼,此时系统轴向稳定性及结构安全运行将受到严重的不良影响。     

黏弹性土层中单桩纵向振动的对比分析

在频率域内研究了黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性.将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于黏弹性理论,采用平面应变模型给出了分数阶导数黏弹性土层的动力阻抗.考虑桩纵向振动时的横向惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,得到了桩头动力复刚度和导纳的解析表达式.通过数值计算,分析了不同模型土条件下桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的动力响应.同时,研究了Rayleigh-Love和Euler-Bernoulli两种模型桩动力特性的差异.分析了桩-土界面连续性模型和相对滑移模型对黏弹性土层中桩纵向振动的影响.结果表明:1随着阶数和材料参数比的增加,桩头刚度因子和阻尼明显减小;2对于大直径桩,随着外荷载激励频率的增加,桩横向效应对刚度因子和阻尼有显著影响.3连续性模型条件下桩头的刚度因子和阻尼在共振时的振幅小于相对滑移模型条件.     

各向异性板的面导纳特性研究

目前在工程上各向异性结构中的振动问题和振动能量传递的问题越来越多,然而对各向异性结构导纳的研究还不充分,对各向异性板面导纳的研究也还处于萌芽状态.面导纳不仅反映结构的振动特性还能反映能量传递的特性,因此面导纳比点导纳在工程上更加贴合实际.论文根据理论公式获得了一般各向异性板面导纳的理论解,并与有限元模型的数值解对比发现两者有较好的一致性.作者采用有限元方法深入研究了各向异性板的弹性常数、板的尺寸大小及边界条件等对面导纳及其点导纳和面导纳差异值的影响,力求给工程测量和实际运用提供指导.研究发现增加激励面积、减小结构刚度及阻尼系数会使点、面导纳差异变大,剪切模量对板振动特性的影响远小于弹性模量,一般各向异性板模型退化为正交各向异性板模型会使点、面导纳差异变大,加大板的面积及增加阻尼系数有利于缩减导纳的波动范围,边界条件对板减振性能的影响较小.     

移动简谐荷载作用下轨道结构动态响应研究

研究了移动简谐荷载作用下轨道结构的动态响应特性,首先,将轨道结构简化为连续离散点支撑的弹性Euler梁模型,并建立了移动荷载作用下轨道系统动力学微分方程,基于无限周期结构在频域内的性质和叠加原理,推导出了移动简谐荷载作用下轨道结构上任意点的动态响应解析表达式;然后,数值分析了激励频率、扣件刚度、扣件阻尼对轨道结构动态响应的影响。研究结果表明:钢轨动态响应共振峰出现在荷载激励频率附近;随着激励频率的增大,钢轨动态响应峰值向高频方向移动;在高频段内,钢轨动态响应随着扣件刚度的增大而增大;扣件阻尼对系统的共振峰值及峰值带宽无显著影响,但在高频段内扣件阻尼具有明显抑制振动的作用,通过增大阻尼可以有效控制轨道的高频振动。     

长型浮置板轨道隔振系统理论分析(I)——弥散曲线及临界速度

浮置板轨道结构是近年来减振降噪效果最好的轨道结构形式.将整个轨道结构看作一个隔振黑匣子,钢轨与浮置板分别用欧拉梁来模拟,推导动力方程,用傅氏变换将其转换到频率-波数域中,求得系统的弥散方程,并给出轨道结构临界速度计算方法.定义了反映浮置板轨道结构参数的质量比例ξ_(m)、刚度比例ξ_(h)及阻尼比例ξ_(c)等三个系数.在给定实际中板上结构物理参数的条件下,深入讨论了三个比例系数对于系统弥散曲线以及临界速度的影响,进而为浮置板轨道共振频率及临界速度的初步设计提供建议.     

长型浮置板轨道隔振系统理论分析(Ⅰ)——弥散曲线及临界速度

浮置板轨道结构是近年来减振降噪效果最好的轨道结构形式.将整个轨道结构看作一个隔振黑匣子,钢轨与浮置板分别用欧拉梁来模拟,推导动力方程,用傅氏变换将其转换到频率-波数域中,求得系统的弥散方程,并给出轨道结构临界速度计算方法.定义了反映浮置板轨道结构参数的质量比例ξ_(m)、刚度比例ξ_(h)及阻尼比例ξ_(c)等三个系数.在给定实际中板上结构物理参数的条件下,深入讨论了三个比例系数对于系统弥散曲线以及临界速度的影响,进而为浮置板轨道共振频率及临界速度的初步设计提供建议.     

弹性箔片动压径向气体轴承动特性的实验研究

建立了新型弹性箔片动压气体轴承性能测试实验台,在静载60N、转速9000r／min条件下进行轴承性能测试试验,通过中心插值法获得轴承中心的扰动速度和加速度,采用时域最小二乘法计算不同激振频率下的8个轴承动态线性刚度和阻尼系数,考察了激振频率对轴承动特性系数的影响．结果表明：轴颈中心扰动轨迹为椭圆形且振幅随动态激振频率增加而增大;刚度和阻尼系数的直接项随动态激振频率增加而减小;交叉刚度和阻尼相对激振频率的变化较小,且其值小于直接项;当激振频率与轴颈转动频率相同时,工频成分的影响较大,轴心扰动幅值明显增大,刚度和阻尼的直接项小于其它频率时的值．     

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.     

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5％,共振频率处传递特性改善30％~40％.      

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5%,共振频率处传递特性改善30%～40%.     

两种典型螺栓连接结构的刚度特性比较研究

针对法兰对接和径向套接两种典型舱段螺栓连接形式,基于有限元静刚度计算、动力学简化建模、冲击响应特性分析及结构冲击试验,系统研究了两种连接形式的轴向刚度特性及其对动力学冲击响应的影响.有限元静刚度分析揭示了法兰对接与径向套接的轴向拉压刚度分别是非对称的和对称的,而法兰对接的平均刚度更大.之后,为两种连接形式建立了统一的动力学模型,证明非对称的轴向拉压刚度导致结构在受到横向载荷作用时会产生附加的耦合轴向振动,并且利用高精度幂函数拟合刚度跳变,得到耦合轴向振动频率是弯曲振动频率的二倍的结论.最后,通过冲击动力学试验证明了法兰对接存在二倍频的耦合轴向振动,而径向套接则不存在该耦合振动.径向套接虽然一阶频率较低,但阻尼效果更好.     

基础埋置深度对土壤——多层结构动力相互作用的影响

本文利用Baranov-Novak关于埋置基础水平与摆动耦合振动的结果及Veletsos与Verbic关于粘弹性地基振动的结果,给出了与埋置基础等效的无埋置基础的动力刚度系数及阻尼系数,并以钢筋混凝土框架结构为例来说明基础埋置深度对土壤——多层结构动力相互作用的影响。计算结果表明,结构体系第一振型的弹性位移及阻尼比并不总是随埋深比的增加而单调变化;在一定的范围内,结构体系基础有埋深时的基频与无埋深时的基频之比与埋深比之间有着近似的线性关系;结构体系的地震位移响应基本上是由第一振型控制的。     

具有弹性支座杆件的动力稳定性研究

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题，推导出了杆件的临界频率和动力不稳定边界，分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响，研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好，阻尼对杆的振动起有利作用，并提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施．     

弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动分析

旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型;然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析解;最后,通过数值算例分析了微圆柱壳模态频率的影响因素。结果表明：Pasternak弹性支撑比Winkler弹性支撑更有利于提高微圆柱壳的模态频率;改变弹性支撑的刚度系数、轴向力、外加电压、孔隙分布、材料体积分数指数和结构尺寸可调节微圆柱壳的模态频率;孔隙体积分数越大,温度或轴向力对模态频率的影响越大,而电压对模态频率的影响则越小;不同材料指数下,增大孔隙体积分数对模态频率的影响趋势不同;弹性支撑会减弱温度、轴向力和电压对模态频率的影响,对薄圆柱壳或短圆柱壳模态频率的影响较为显著。     

减振阻尼材料设计方法研究

减振阻尼材料可以改变结构的阻尼特性从而降低振动响应和声辐射水平,因而被广泛应用于飞机结构的减振降噪。本文针对减振阻尼材料的设计和应用开展了一系列试验研究,首先通过材料改性得到了不同主基料下材料的配方对阻尼性能的影响;其次配制了三种不同的约束阻尼结构,通过DMA测试对比了三种约束阻尼结构的最佳使用温度和频率范围;最后对约束阻尼结构的减振效果和粘贴布局应用进行了试验,试验结果表明,约束阻尼结构具有良好的减振效果。通过研究掌握了减振阻尼材料在材料改性、约束阻尼结构设计、粘贴布局应用等方面的一些设计方法,可为后续的进一步研究提供技术支持和参考。     

弹性约束边界圆环板面内自由振动的二维弹性解

基于二维线弹性理论,应用哈密顿原理导出弹性约束边界圆环板面内自由振动的控制微分方程。采用微分求积法(DQM)数值研究了弹性约束边界圆环板面内自由振动的频率特性。通过设置弹性刚度系数为0或∞,问题退化为四种典型边界圆环板的面内自由振动,与已有文献的计算数值结果进行比较,证实本文的分析求解方法行之有效。最后全面考虑了圆环板边界条件、几何系数及刚度系数对自振频率的影响。     

考虑结点耗能的导管架平台的动力响应分析

为了降低导管架平台的动力响应，可在导管架平台的连接结点之间加入能量耗散材料。本文以将管接点和能量耗散材料理想化为由转动弹簧和转动阻尼器并联组成的等效单元，结合有限元和动力刚度法推导了其刚度、质量和阻尼矩阵。采用复模态分析和虚拟激励法分析了三维导管架平台的动力特性和随机地震响应，讨论了刚度系数和转动阻尼系数对动力特性和减震效果的影响。算例结果表明，适当选择转动阻尼系数可显著增加结构模态阻尼比和降低结构地震响应。此单元可方便地与通用的结构有限元程序配合，对三维平台结构进行动力分析。