移动荷载作用下非局部地基梁动力响应分析的有限元法

基于非局部地基理论,推导了移动荷载作用下非局部地基梁动力响应问题的有限元解,分别讨论了地基的非局部参数、刚度、阻尼系数以及移动荷载速度对非局部地基梁动力响应的影响,并比较了非局部结果与局部结果的差异。结果表明,地基的非局部参数、刚度和阻尼是地基梁的动力响应的主要影响参数,地基梁最大响应及其发生的时刻与移动荷载速度有关。研究成果可为轨道地基系统设计提供参考。     

移动荷载下单相弹性地基三维稳态响应

针对移动荷载对地基产生振动影响的问题,研究了移动荷载作用下弹性地基的动力响应。将移动单元法引入到单相弹性土介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下弹性土介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了在移动荷载下单相弹性地基的三维动态响应半解析方程,将固定坐标下的动力问题转化为移动坐标下的拟静力问题。数值分析了荷载移动速度、地基阻尼等参数对地基动力响应的影响。本文工作表明,在半解析法中引入移动单元是研究移动荷载下单相介质动态响应的一种有效的方法。     

移动简谐力作用下三维多孔饱和半空间的动力问题

研究了移动荷载作用下多孔饱和地基的动力问题.应用Fourier变换求解该问题的控制偏微分方程,考虑了荷载的移动速度及振动频率对多孔饱和地基动力响应的影响,重点研究了移动速度达地基表面波速时多孔饱和半空间的振动问题(马赫效应),并与相应的弹性介质的解答进行了比较.结果显示当移动速度与多孔饱和半空间的表面波速相近时,地基会产生很大的振动;当移动速度大于表面波速时,多孔饱和半空间的动力响应与弹性半空间的动力响应有较大的差别.     

简谐移动荷载下单相弹性地基三维动力半解析移动单元分析

由于路面不平整,车辆会以一定的频率和振幅在路面上运动,研究简谐移动荷载作用下单相弹性地基的动态响应具有更加现实的意义。将移动单元法引入到单相弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载以相同速度运动的移动层单元。基于移动坐标下单相弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了简谐移动荷载下单相弹性介质的三维动态响应半解析方程;将固定坐标下的动力问题转化为移动坐标下的拟静力问题,数值分析了简谐移动荷载作用下单相弹性地基的动态响应及其参数的影响。计算结果表明:在简谐移动荷载作用下,当无阻尼或小阻尼时,位移幅值随着速度变化不是单调递增或递减。当速度在瑞利波波速附近时,会出现各位移幅值的极大值(或第一极大值);当阻尼较大时,位移随着速度增加变化缓慢。这说明阻尼和频率的共同作用会有效地抑制位移幅值响应。研究结果表明本文所提供半解析移动单元法是研究简谐移动荷载下介质动态响应的一种简单有效的方法。     

分数阶黏弹性Pasternak地基上两端固支Timoshenko梁的动力响应

本文研究了放置在黏弹性Pasternak地基上的Timoshenko梁在移动载荷作用下的动力响应行为．首先,引入分数阶导数,将整数阶标准固体黏弹性地基模型推广为分数阶标准固体黏弹性模型．对于Pasternak地基,考虑压缩层是黏弹性的而剪切层仍是弹性的情况,给出了地基反作用力．然后,求解了Timoshenko梁的自由振动解,获得含黏性耗散信息的复固有频率及振型函数．在此基础上用振型叠加法分析了在移动简谐荷载作用下梁的位移响应．在数值算例中,给出了不同分数阶导数、地基黏性系数以及载荷移动速度下梁的动态响应,讨论了黏弹性地基对梁的动态响应的影响规律．     

移动荷载下路面板-层状多相弹性地基的稳态响应

考虑路面板和地基的相互作用,将路面板作为三维弹性体,建立路面板-层状多相弹性地基动力响应的三维多相层状弹性半空间体模型,分析了移动荷载作用下路面板-多相弹性地基系统的动力响应.将移动单元法引入到两相饱和弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下两相饱和弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了两相弹性介质移动层单元动力方程,该方程可退化为单相弹性介质移动层单元动力方程,基于此,建立了移动荷载下多相弹性地基与路面板系统的三维动态响应的统一的半解析方程.并以两相饱和弹性半空间地基-单相弹性地基-路面板所形成的路面结构为例,数值分析了荷载速度、饱和层渗透系数、弹性层厚度等参数对路面板位移和土体孔压响应的影响.研究结果表明移动单元法是研究移动荷载下路面结构动态响应的一种有效的方法.     

移动荷载下多孔饱和地基的动力有限单元法

分析了匀速荷载作用下多孔饱和地基的动力响应.通过对Biot动力方程进行变换,将基本方程变换到随荷载移动的运动坐标系中,通过加权残值法推导了相应的"拟静力"单元刚度矩阵,从而建立了移动问题的有限元格式,将动力学问题转化为"拟静力"问题."拟静力"单元或称为移动单元并不是连续介质上的实际单元,而是在连续介质上随着移动荷载运动的虚拟单元.文中考虑了荷载的移动速度对多孔饱和地基中位移及应力的影响,并与解析解作了对比,以说明本方法具有较好的精度.     

矩形移动荷载作用下饱和-非饱和土双层地基的动力响应分析

考虑地基为饱和-非饱和土双层半空间,利用连续介质力学和多相孔隙介质理论,构建双层地基的统一动力控制方程并进行耦合求解。利用Dirac-delta函数和Heaviside阶跃函数将矩形移动荷载作用描述为时间和空间坐标的解析函数,将荷载函数代入地基动力控制方程,采用三重Fourier变换以及降阶法进行求解,并对推导结果进行退化验证及对饱和-非饱和土双层地基的动力响应进行分析。研究表明,当荷载移动速度小于瑞利波速时,竖向振动峰值很小,振幅随速度的增大发生小幅增涨,但当荷载速度达到瑞利波速时,竖向振动发生激增;随着速度进一步增大,竖向位移多次出现峰点。非饱和土的饱和度及土层厚度也对地基振幅存在显著影响。     

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。     

移动荷载作用下地基动力分析的有限元方法

通过对地基动力问题的基本方程进行变换,把基本方程变换到随荷载移动的运动坐标系中,通过加权残数法推导了相应的单元刚度矩阵,从而建立了移动问题的有限元格式,并发现移动荷载问题的单元刚度矩阵是对相应静力问题单元刚度矩阵的修正,在静力单元刚度矩阵的主对角元素上增加与移动速度有关的项,即可得到移动问题有限元的单元刚度矩阵,这样就将动力学问题转化为“拟静力”问题处理。文中用移动问题有限元方法计算了地基的动力响应,并与解析解进行了对比,以说明本方法具有较好的精度。     

Critical velocities in fluid-conveying single-walled carbon nanotubes embedded in an elastic foundation

The problem of stability of fluid-conveying carbon nanotubes embedded in an elastic medium is investigated in this paper. A nonlocal continuum mechanics formulation, which takes the small length scale effects into consideration, is utilized to derive the governing fourth-order partial differential equations. The Fourier series method is used for the case of the pinned–pinned boundary condition of the tube. The Galerkin technique is utilized to find a solution of the governing equation for the case of the clamped–clamped boundary. Closed-form expressions for the critical flow velocity are obtained for different values of the Winkler and Pasternak foundation stiffness parameters. Moreover, new and interesting results are also reported for varying values of the nonlocal length parameter. It is observed that the nonlocal length parameter along with the Winkler and Pasternak foundation stiffness parameters exert considerable effects on the critical velocities of the fluid flow in nanotubes.     

Research on solid-liquid coupling dynamics of pipe conveying fluid

I.IntroductionSolid-fluidcouplingvibrationproblemofpipesconveyingfluidarepresencegenerallyinthedomainofastronomic,energysources,chemicalindustryetc..Notonlytheoreticallytheproblemhaswideresearchvalue,butpracticallytheproblemhaswideengineeringbackground.Therefore,itisimportantreseachproblemihsciencedomainspang.Thefirstrightequationofsolid-liquidcouplingvibrationofpipeconveyingfluidwaspiovidedbyG.W.Housner,andV.Y.Feodosievil'2].Thebasicfrequencycharacteristicofpipesconveyingfluidwasstudiedre…     

Analysis of wave propagation in a functionally graded nanobeam resting on visco-Pasternak's foundation

Wave propagation analysis for a functionally graded nanobeam with rectangular cross-section resting on visco-Pasternak's foundation is studied in this paper. Timoshenko's beam model and nonlocal elasticity theory are employed for formulation of the problem. The equations of motion are derived using Hamilton's principals by calculating kinetic energy, strain energy and work due to viscoelastic foundation. The effects of various parameters such as wavenumber, non-homogeneous index, nonlocal parameter and three parameters of foundation are performed on the phase velocity of the nanobeam. The obtained results indicate that some parameters such as non-homogeneous index, nonlocal parameter and wavenumber have significant effect on the response of the system.     

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.     

四角点支撑纳米板稳态受迫振动解析解

本文基于非局部弹性理论及辛叠加方法,得到放置在黏弹性介质上四角点支撑矩形纳米板稳态受迫振动问题的解析解．将纳米板受迫振动问题导入哈密顿体系,得到哈密顿控制方程,在无需任何预设函数的情况下可直接对哈密顿控制方程进行求解,得到简支纳米板稳态受迫振动问题在辛空间展开形式的解析解．进而通过边界叠加,可求出四角点支撑纳米板稳态受迫振动的解析解．数值算例中验证了本文应用辛叠加方法得到解析解的准确性,并以石墨烯纳米板为例,分析了非局部参数和黏弹性介质参数对四角点支撑石墨烯纳米板稳态受迫振动的影响．结果表明,非局部参数和黏弹性介质参数的变化会影响石墨烯纳米板的共振频率及共振幅值．     

Exact solution for axial and transverse dynamic response of functionally graded nanobeam under moving constant load based on nonlocal elasticity theory

This paper aims to analyze the axial and transverse dynamic response of a functionally graded nanobeam under a moving constant load. The governing equations are obtained using the Hamilton principle and nonlocal Euler–Bernoulli beam theory. The mechanical properties vary in the thickness direction. The simply supported boundary condition is assumed and using the Laplace transform, the exact solution for the transverse and axial dynamic response is presented. Some examples were used to analyze nonlocal parameters such as power law index of FG materials, aspect ratio and the velocity of a moving constant load and also their influence on axial and transverse dynamic and maximum deflections. By obtaining a good agreement between the presented natural frequencies in this study and previous works, the results of this study are validated.     

移动柔性梁作用下简支梁的动力响应

对移动结构作用下梁的响应问题进行了推广,采用柔性梁作为移动结构模型,在考虑结构柔性和悬挂连接的前提下对系统的耦合振动进行了分析.根据一般边界条件梁建立振动方程,通过量纲一参数以及模态叠加法处理系统动力学方程.以简支边界条件为例,得到了梁响应的数值结果,对系统主要参数即移动结构频率、移动速度及连接刚度对简支梁振动的影响进行了讨论.结果表明:考虑移动体的柔性频率对简支梁的振动会产生一定的影响.     

微结构非局部效应的多重性模型及在微梁弯曲中的应用

基于Eringen非局部弹性理论,直接利用逐次逼近法推导了非局部应力场的精确表达,该精确的非局部应力可具体表示为一个无穷级数的形式. 然后以微梁的横向弯曲和纯弯曲变形为例,建立平衡方程并求解及分析了挠度受非局部效应的影响. 结果表明：根据所取非局部小尺度参数大小的不同,非局部微梁的弯曲挠度可低于也可以高于经典力学下的挠度,非局部效应的增大可提高亦可降低结构的抗弯刚度. 本文结果证明了Wang以及Lim等人分别提出的两种相反的非局部模型的各自正确性. 同时首次发现,弯曲挠度随着非局部效应的增大而上下波动且存在若干跳跃点,挠度是非局部小尺度参数的非单调函数,研究同时给出了一种确定材料非局部常数的建议途径.     

饱和地基上基础动力阻抗函数的一种分析方法

提出了一种基础阻抗函数的时域求解方法, 并用于饱和地基情形. 通过给基础输入脉冲位移, 应用集中质量显式有限元方法结合局部透射人工边界, 得到地基施加于基础的反力时程, 然后根据阻抗函数的定义, 应用傅立叶变换求得基础阻抗函数. 通过算例, 与 Halpern 的结果进行了对比, 验证了该方法的有效性. 并以一方形基础为例, 分别讨论了泊松比、孔隙率、渗透系数和埋深对无量纲动力柔度的影响. 与以往方法相比, 该方法可以考虑复杂地基情形和不规则基础形式.      

Nonlocal Thermo-Electro-Mechanical coupling vibrations of axially moving piezoelectric nanobeams

This work is concerned with the thermo-electro-mechanical coupling transverse vibrations of axially moving piezoelectric nanobeams which reveal potential applications in self-powered components of biomedical nano-robot. The nonlocal theory and Euler piezoelectric beam model are employed to develop the governing partial differential equations of the mathematical model for axially moving piezoelectric nanobeams. The natural frequencies of nanobeams under simply supported and fully clamped boundary constraints are numerically determined based on the eigenvalue method. Subsequently, some detailed parametric studies are presented and it is shown that the nonlocal nanoscale effect and axial motion effect contribute to reduce the bending rigidity of axially moving piezoelectric nanobeam and hence its natural frequency decreases within the framework of nonlocal elasticity. Moreover, the natural frequency decreases with increasing the positive external voltage, axial compressive force and change of temperature, while increases with increasing the axial tensile force. The critical speed and critical axial compressive force are determined and the dynamical buckling behaviors of axially moving piezoelectric nanobeams are indicated. It is concluded the nonlocal nanoscale parameter plays a remarkable role in the size-dependent natural frequency, critical speed and critical axial compressive force.