非线性边界约束下梁的弯曲振动

1.引言从强度或刚度要求出发,经常对线性机械结构加上某些在一定变形情况下才起作用的"预备"性约束,这种约束是否起作用,取决于结构的变形状态,它并不相当于一般的刚度方面的增强,实际上构成了它的强度或刚度取决于系统位移的非线性结构.这样的非线性来自边界条件,它既不同于由材料或大变形等原因造成的非线性现象,又不同于描述方程自身的非     

粘弹性轴向运动梁的非线性动力学行为

本文研究了带有小脉动的轴向运动粘弹性梁的分岔及混沌现象。建立了系统的动力学模型。通过二阶Galerkin截断，把描述系统运动的偏微分方程离散化。利用数值方法分别分析了几种运动脉动频率时，梁随轴向运动脉动幅值，平均速度及粘弹性系数等几个参数变化时的运动分岔行为。利用Lyapunov指数识别系统的动力学行为，区分准周期振动和混沌运动。     

轴向运动梁非线性振动内共振研究

采用多元L-P方法分析轴向运动梁横向非线性振动的内共振，首先根据哈密顿原理建立轴向运动梁的横向振动微分方程，然后利用Galerkin方法分离时间和空间变量，再采用多元L-P方法进行求解，推导了内共振条件下频率-振幅方程的求根判别式，理论分析发现内共振与强迫力的振幅有关，而且可以从理论上决定这一界乎不同内共振的强迫力振幅的临界值，典型算例获得了轴向运动梁横向非线性振动内共振复杂的频率一振幅响应曲线，揭示了很多复杂而有趣的非线性振动特有的现象，多元L-P方法的数值结果，在小振幅时与IHB法的结果一致。     

干摩擦支承边界梁的非线性振动分析

研究梁具有纵向干摩擦边界条件时非线性振动。干摩擦力本构关系分别为粘住—滑动状态、瞬态滑动状态、粘住状态三种情形描述。首先由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理建立梁的动力学方程及其干摩擦力的边界条件，然后借助于Ｇａｌｅｒｋｉｎ法转化得到非线性常微分方程。采用谐波平衡原理进行系统的基波稳态响应求解，并讨论解的稳定性条件。数值计算利用ｔｕｒｂｏ－Ｃ语言在微机上完成，由此得到摩擦力参数改变时几种典型的频响特性曲线。     

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.     

黏弹性轴向运动梁非线性受迫振动稳态幅频响应

本文研究了黏弹性轴向运动梁横向受迫振动稳态幅频响应问题.在控制方程的推导中,对黏弹性本构关系采用物质导数.把多尺度法直接应用于梁横向振动的非线性控制方程,利用可解性条件消除长期项,得到系统稳态的幅频响应曲线.运用Lyapunov一次近似理论分析幅频响应曲线的稳定性.通过算例研究了黏性系数,外部激励幅值以及非线性项系数对稳态幅频响应曲线及其稳定性的影响.运用数值方法对两端固定边界下黏弹性轴向运动梁的控制方程直接数值解,分析梁横向非线性振动的稳态幅频响应,通过数值算例验证直接多尺度法的结论.     

轴向载荷作用下压电—弹性层合梁段的二维解析解

本文利用压电弹性介质的二维本构关系，推导出带压电层的弹性梁段受轴力作用的位移和电势分布的解析表达式。为探索压电层的分布感测机理以及验证有限元数值方法提供了参考依据。     

数值仿真轴向运动黏弹性梁非线性参激振动

分别通过两种直接数值方法研究速度变化的经典边界条件下轴向运动黏弹性梁参数振动的稳定性。在控制方程的推导中,采用物质导数黏弹性本构关系和只对时间取偏导数的黏弹性本构关系;分别运用有限差分法和微分求积法对两种经典边界下轴向变速运动黏弹性梁的非线性控制方程求数值解,计算得到梁中点非线性参数振动的稳定稳态响应。数值结果表明,两种黏弹性本构关系对应的稳态响应存在明显差别,同时发现两种直接数值方法的仿真结果基本吻合,证明数值仿真具有较高精度。     

大变形轴向运动梁的精确动力学模型

轴向运动梁的横向振动是具有实际工程背景的动力学问题.该文应用Cosserat弹性杆模型讨论圆截面轴向运动梁的动力学建模及其运动稳定性.以沿梁中心线的弧坐标代替方向固定的坐标轴,根据梁截面的姿态随弧坐标和时间的变化确定梁的变形过程.从欧拉的速度场概念出发,考虑梁截面转动的惯性效应和剪切变形,建立大变形轴向运动梁的动力学方程.其小变形特例为轴向运动的三维Timoshenko梁.基于该模型分析了轴向运动梁准稳态运动的静态和动态稳定性,导出可导致失稳的临界轴向速度.证明空间域内的欧拉稳定性条件是时间域内的Lyapunov稳定性的必要条件.      

弹性地基梁损伤诊断研究

利用试验得到的振动参数评估结构的破损情况，是当前结构工程学科十分活跃的领域。由于弹性地基梁的振动模态受地基和梁两方面因素的影响，其损伤诊断问题变得十分复杂。本文通过对两靖自由弹性地基梁的灵敏性分析发现弹性地基梁的前两阶自由模态主要与地基有关，利用这一特性构造了两级识别的方法，并引入优化领域寻优能力极强的遗传算法进行识别，找到了令人满意的答案。     

弹性连接旋转柔性梁动力学分析

采用Chebyshev 谱方法对考虑根部连接弹性的平面内旋转柔性梁动力学特性进行研究. 基于Gauss-Lobatto 节点与Chebyshev 多项式方法对柔性梁变形场进行离散,通过投影矩阵法施加固定及弹性连接边界条件. 利用Chebyshev 谱方法获得了系统固有频率和模态振型数值解,通过与有限元方法及加权残余法的比较,验证了方法的有效性. 分析了弹性连接刚度、角速度比率、系统径长比及梁的长细比等参数对系统固有频率及模态振型的影响. 研究发现:由于系统弯曲模态、拉伸模态的频率随各参数的变化规律不一致,将出现频率转向与振型转换现象;随着弹性连接刚度、角速度比率及系统径长比的增大,低阶弯曲模态频率增大并超过高阶拉伸模态频率,随着梁的长细比的增大,低阶拉伸模态频率增大并超过高阶弯曲模态频率.      

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.      

非稳态非线性油膜力作用下柔性轴裂纹转子的动力特性分析

分析了在动载轴承非稳态非线性油膜力作用下,具有横向裂纹柔性轴Jeffcott转子在非线性涡动影响下的动力特性.通过数值计算表明,在油膜失稳转速前,随着裂纹轴刚度变化比的增大,系统在低转速区域内具有丰富的非线性动力行为,出现倍周期分叉及混沌现象,涡动振幅随转速升高而减小,直到非稳态非线性油膜失稳.在无裂纹转子油膜临界失稳点处发现了类Hopf分叉现象,系统运动由平衡变为拟周期运动;裂纹转子在油膜临界失稳时的系统运动亦为拟周期运动.裂纹转子轴刚度变化对油膜失稳点及油膜失稳之后转子的运动影响不大,转子系统作拟周期运动.     

DYNAMIC ANALYSIS OF ARREST OF BUCKLE PROPAGATION ON A BEAM ON A NONLINEAR ELASTIC FOUNDATION BY FEM

Based on the dynamic governing equation of propagating buckle on a beam on a nonlin-ear elastic foundation,this paper deals with an important problem of buckle arrest by combining theFEM with a time integration technique.A new conclusion completely different from that by the quasi-static analysis about the buckle arrestor design is drawn.This shows that the inertia of the beam cannotbe ignored in the analysis under consideration,especially when the buckle propagation is suddenlystopped by the arrestors.     

非线性地基上弹性梁屈曲传播抑制的动力有限元分析

基于非线性地基弹性梁屈曲传播的动态控制方程，考虑梁质量惯性的影响，用有限元和时间积分相结合的方法，计算了分析了止屈器对梁屈曲传播抑制的作用，止屈器是通过局部加大地基刚度加以模拟。研究表明：考虑动态得到的止屈效果和前人以准静态为前提的结果相比有明显不同。     

AN EFFICIENT DYNAMIC MODELING METHOD OF AN AXIALLY MOVING CANTILEVER BEAM AND FREQUENCY RESPONSE ANALYSIS

轴向移动梁动力学问题具有广泛的工程应用背景,如：机械手、机床主轴、武器身管等.计算轴向移动梁动力学响应是评估结构动力学性能以及最终指导结构设计的一个重要手段.采用Rayleigh-Ritz法、拉格朗日方程推导了轴向移动悬臂梁时变动力学方程.选取幂级数函数构造试函数对轴向移动系统动力问题进行求解.幂级数函数良好的积分与微分性能,使得推导容易以矩阵的形式快速进行,便于符号运算软件直接生成MATLAB程序.由于MATLAB基本数据单位为矩阵,符号软件生成的程序只需经过简单修改便可进行动力学计算.大大缩短了轴向移动梁从建模到动力学分析的时间,过程十分高效.通过四组算例,将本文方法计算得到的动力学响应与文献数据进行对比,对该方法准确性进行了验证,并给出了幂级数函数拟合阶数的选取原则.以此为基础,研究了轴向移动梁的频率响应特性.分为考虑重力与忽略重力两种情况,讨论了轴向振动幅度对其频率响应特性的影响.     

随机边界弹性约束预应力钢桁架随机内力摄动分析

为了更合理地模拟实际边界条件，本文在钢桁架各支承处引入一组弹性约束，并以边界性约束刚度的随机性，在建立拉索式预应力钢桁架基本计算基本理论的基础上，推导了拉索式预应力钢桁架随机内力摄动分析一一般公式，并给出了算例。     

弹性支座分析方法及其应用

针对结构杆件之间真实的联系和约束, 在结构力学常用支座的基础上, 提出弹性支座概念. 建立弹性支座两种基本体系, 解两种反馈基本力法方程, 导出杆端两个方向的约束刚度递推计算公式. 提出弹性支座基本分析方法. 给出弹性支座分析方法的有限元形式. 应用弹性支座分析方法, 导出一次弯距分配法, 将高层结构内力计算方法------分层法、$D$值法提升到一个更高的水平. 该法对弹性结构内力分析计算工程实践应用和教学有参考价值.     

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.     

几何非线性摩擦阻尼隔振系统动力学行为研究

非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这与传统与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移传递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能优于传统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的“锁定”现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;但从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文的研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.