压电功能梯度板自由振动的三维解

基于三维弹性理论和压电理论，导出了有限长矩形压电功率梯度板的动力学方程及相应的边界条件，并用幂级数展开法进行了求解，得到了压电功能梯度板自由振动的三维精确解公式，求解了自由振动的固有频率，并分析了压电系数的梯度变化对不同电学边界条件下压电板的自由振动频率的影响，结果可用于校核不同的近似理论及理解压电结构的动态行为。     

圆柱体双自由度涡激振动轨迹的模型试验

对水平放置的直径 5cm,长120cm的圆柱体开展了双自由度涡激振动模型试验研究. 试验中发现,圆柱体在顺流向上的振动频率表现为"多频"的现象,即不光有2倍横向振动的频率,在某些振动固有频率和约化速度的条件下,还出现了单倍横向振动的频率,从而使圆柱体的轨迹呈现出"卵"形以及"雨滴"形等明显异于传统"8"字形与"新月"形的运动轨迹. 此外,通过研究初步得到了各种其他形式的振动轨迹向"8"字形变化的趋势,并认为不同的横向、顺流向振动固有频率以及流速是导致圆柱体涡激振动轨迹产生多种形式的主要原因.      

有限空心截圆锥的一般非对称变形问题

对有限空心截圆锥对称变形问题进行分析研究，导出了工程中这类有限空心截圆锥上的载荷分布规律。对于在复杂载荷作用下的这类截圆锥体的位移场和应力场问题，采用圆柱坐标调和方程和双调和方程的级数解，构造位移函数进行求解，获得满足一切边界条件的位移场和应力场的精确解，并表示成Ｆｏｕｒｉｅｒ－Ｂｅｓｓｅｌ级数两个无穷级数之和形式。由于级数的正交性质，及自由和非自由的边界条件，应用Ｆｏｕｒｉｅｒ－Ｂｅｓｓｅｌ级数     

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。     

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。     

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。     

功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确分析

本文对周边为广义刚性滑动和广义简支两种边界条件下的功能梯度压电材料圆板自由振动问题进行分析。根据轴对称横观各向同性压电材料基本方程,并利用有限Hankel变换得到了功能梯度压电材料圆板的状态空间方程。假设材料的机械和电学性质均沿板厚方向按统一的指数函数形式梯度分布,从而获得了周边为广义刚性滑动和广义弹性简支两种边界条件下功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确频率方程,该方程是一个关于自由振动频率的超越方程,通过求解该超越方程可得到在不同板厚以及不同的材料性质梯度变化情况下的圆板自由振动频率值,结果表明在相同的材料性质梯度变化情况下频率均随着板厚增加而增大,而在相同的板厚情况下频率则随材料性质梯度变化指数的增大而减小的结论。     

圆锥壳自由振动传递函数解

本文在线性弹性理论基础上，给出了一种求解圆锥薄壳自由振动的渐进传递函数解法，壳体的三个位移分量，外力和边界条件首先沿环向展开的Ｆｏｕｒｉｅｒ级数，然后关于时间变量进行Ｌａｐｌａｃｅ变换，这样就将壳体的控制方程化为一系列含复参数ｓ的变系数常微分方程组，通过定义状态变量。得到了壳体动力学问题的状态空间控制微分方程，引入一小参数，并利用摄动技术就可以得到微分方程的渐进传递函数解，将各于锥段的解进行综合，     

参数振动自由响应的指数三角级数逼近

研究了单自由度参数振动系统自由响应的指数三角级数逼近问题。根据系统调制反馈的概念,将自由振动响应表示为振荡频率与参数激励频率的线性组合。应用谐波平衡,将参数振动方程转化成无限阶线性代数方程组;从非零解条件给出特征方程,应用数值解得到振荡频率;采用逆矩阵运算,给出自由响应通解;结合初始条件确定自由响应。将文中的逼近方法与龙格-库塔法进行了对比,研究结果表明:两种算法的时域响应、响应相图具有较高的一致性,其中两种方法计算得到的均方根值误差为0.14%,可以忽略不计。本文提出的方法在以下方面具有优势:1与龙格-库塔法相比,本文用数学表达自由响应,有利于剖析参数振动自由响应的动力学性质,当参数指数为0.3的情况下,龙格-库塔法最大计算误差为1.5443,本文方法最大计算误差为9.911×10~(-9),计算精度上明显优于龙格-库塔法;2振动响应解的指数三角级数表达可以为工程应用,如为飞机机翼涡轮发动机的振颤运动提供方便的分析工具。     

圆柱体端面自由侧面受非轴对称载荷的分析解

以弹性力学柱坐标下Papkovich-Neuber通解为基础,用半逆解法寻求有限长圆柱体端面自由侧面受非轴对称外力的分析解。     

湍流涡致振动频率特性

用数值模拟方法对固定圆柱湍流涡脱落频率与弹性圆柱湍流涡致振动频率特性进行了研究,湍流计算模型采用标准κ-ε模型,压力泊松方程提法基于非交错网格系统.研究结果表明:固定圆柱湍流绕流涡脱落频率基本不随雷诺数而变,对于同一固有频率弹性圆柱,涡振频率基本不随雷诺数而变;对于某一固定雷诺数流动涡振频率在一定范围内与系统固有频率有关.     

AN APPROXIMATE ANALYSIS OF FREQUENCY RESPONSE OF A CRACKED HINGEDHINGED BEAM

A new method based on a modified line-spring model is developed forevaluating the natural frequencies of vibration of a cracked beam.This model inconjunction with the Euler-Bernoulli beam theory,modal analysis and linear elasticfracture mechanics is applied to obtain an approximate characteristic equation of acracked hinged-hinged beam.By solving this equation the natural frequencies aredetermined for different crack lengths in different positions.The results show goodagreement with the solutions through finite element analysis.The present method maybe extended to analyze other cracked complicated structures with various boundaryconditions.     

Vortex-induced vibration of two elastically coupled cylinders in side-by-side arrangement

Vortex-induced vibration (VIV) of two elastically coupled circular cylinders in side-by-side arrangement is investigated numerically. The Reynolds-averaged Navier–Stokes equations are solved by the finite element method for simulating the flow and the equation of motion is solved for calculating the vibration. The mass ratio (the ratio of the mass of the cylinder to the displaced fluid mass) is 2 and the Reynolds number is 5000 in the simulations. Simulations are carried out for one symmetric configuration (referred to be Case A) and one asymmetric configuration (referred to be Case B). In both Case A and Case B, the primary response frequencies of the two cylinders are found to be the same both inside and outside the lock-in regimes. Five response regimes are found in both cases and they are the first-mode lock-in regime, the second-mode lock-in regime, the sum-frequency lock-in regime and two transition regimes. When the vibration is transiting from the first- to the second-mode lock-in regimes, the vibration of each cylinder contains both first- and the second-mode natural frequencies, and the vibrations are usually irregular. In the transition regime between the second-mode lock-in and the sum-frequency lock-in regimes, the response frequencies of both cylinders increases with an increase in the reduced velocity until they are close to the sum of the two natural frequencies. In both cases, the lower boundary reduced velocity of the total lock-in regime (the sum of the five lock-in regimes) is about 3 and the upper boundary reduced velocity is about 11 times the first-to-second-mode natural frequency ratio.     

环形桁架结构径向振动的等效圆环模型

在大型环形网架式可展天线中,环形桁架结构的动力学性能对于整个天线的工作状态至关重要.针对大型空间桁架结构,基于连续体等效的思想,将其动力学模型简化为简单的弹性连续体模型一直是动力学研究的热点.将环形桁架结构看作由重复的平面桁架单元构成的环形周期结构,在周期桁架单元等效梁模型的基础上,提出采用不计剪切变形和转动惯量的等效圆环模型分析环形桁架结构的径向振动,并对等效圆环模型的偏微分运动方程进行了解析求解.首先通过变量代换将描述圆环径向振动的四阶偏微分方程组降阶为一阶偏微分方程组,然后通过对降阶后的偏微分方程组进行Laplace变换将其转化为常微分方程组,并采用微分方程组的Green函数解法,获得了等效圆环模型在复频域下动力响应的解析表达式,进而得到等效圆环模型固有振动的特征方程及传递函数的表达式.最后通过数值算例对环形桁架有限元模型与等效圆环模型的固有频率和振型以及传递函数进行了对比分析,验证了等效圆环模型用于环形桁架结构径向振动分析的可行性.     

中厚度圆浮板自由振动的一个解析解

本文提出了常水深环境下中厚度圆浮板自由振动的一个解析解.分析中考虑了板横向剪切变形的影响和横截面转动惯性效应,利用空气中中厚度圆板的振型叠加和势流理论,导得了浮板系统频率方程的解析式.由此可看出Y.Tanaka得到的圆形薄浮板的解是本文的特例.最后数值计算还给出了水深和钢缆刚度与频率的关系曲线.并指出了h/a在什么范围可以略去剪切变形和转动惯量的影响.     

热弹耦合圆板非线性振动的研究

对温度场中圆板的非线笥热弹耦合自由振动问题,由非线性振动方程、协调方程及热传导方程出发,动用伽辽金法求解,得出一个关于时间的非线笥常策分方程组。将热弹耦合与非热弹耦合情况进行对比,发现给定初始位移较小时,热弹耦合效应使板的固有频率相对与无热弹耦合情形提高;给定初始位移较大时,热弹耦合２使固有频率降低,该文不还比较了不同热弹参数和边界条件对热弹耦合效应的影响。     

Supercritical vibration of nonlinear coupled moving beams based on discrete Fourier transform

Natural frequencies of nonlinear coupled planar vibration are investigated for axially moving beams in the supercritical transport speed ranges. The straight equilibrium configuration bifurcates in multiple equilibrium positions in the supercritical regime. The finite difference scheme is developed to calculate the non-trivial static equilibrium. The equations are cast in the standard form of continuous gyroscopic systems via introducing a coordinate transform for non-trivial equilibrium configuration. Under fixed boundary conditions, time series are calculated via the finite difference method. Based on the time series, the natural frequencies of nonlinear planar vibration, which are determined via discrete Fourier transform (DFT), are compared with the results of the Galerkin method for the corresponding governing equations without nonlinear parts. The effects of material parameters and vibration amplitude on the natural frequencies are investigated through parametric studies. The model of coupled planar vibration can reduce to two nonlinear models of transverse vibration. For the transverse integro-partial-differential equation, the equilibrium solutions are performed analytically under the fixed boundary conditions. Numerical examples indicate that the integro-partial-differential equation yields natural frequencies closer to those of the coupled planar equation.     

曲壁蜂窝夹层悬臂板的振动特性研究

蜂窝结构作为一种多孔材料具有轻质、高强度、高刚度的优点, 兼具隔声降噪、隔热等优良性能, 被广泛应用于交通运输、航空航天等领域. 传统直壁蜂窝在受力后容易出现应力集中的问题, 这将导致蜂窝夹层产生裂纹破坏, 缩短夹层板的使用寿命. 针对此问题本文设计了一种以圆弧曲壁蜂窝作为芯层的蜂窝夹层板, 基于单位载荷法推导了蜂窝芯的等效参数, 建立曲壁蜂窝夹层板的动力学模型, 利用Chebyshev-Ritz方法求解悬臂边界下曲壁蜂窝夹层板的固有频率, 并用有限元方法进行对比验证, 发现前5阶固有频率的误差均在5%以内, 每阶固有频率对应的振型一致. 通过3D打印聚乳酸(PLA)制备了曲壁蜂窝夹层板, 使用万能试验机对PLA拉伸试件进行准静态拉伸测定了打印材料的杨氏模量, 搭建振动试验平台对制备的曲壁蜂窝夹层板进行正弦扫频试验、定频谐波驻留试验和冲击试验. 对比发现3D打印模型振动试验获得的前5阶固有频率与理论模型和有限元模型的计算结果三者一致, 试验发现曲壁蜂窝芯在特定频段内具有一定的抗冲击性能. 研究结果将为曲壁蜂窝在振动和隔振方面的应用提供理论支持.      

TWO KINDS OF SCALE EFFECTS OF VIBRATION CHARACTERISTICS OF NANO-PLATE1)

利用非局部应变梯度理论研究了纳米板横向自由振动特性。通过迭代法获得非局部应力的渐近表达式,利用哈密顿变分原理推导了纳米板的振动控制方程。针对四边简支边界条件,运用双重三角级数法给出了板固有频率的表达式,然后研究了非局部参数、材料特征参数、几何尺寸对纳米板自振频率的影响。数值结果表明：非局部效应会弱化纳米板的等效刚度,因而使板的固有频率降低,应变梯度效应则与之相反,两类效应仅在纳米尺度下对自振频率有显著影响;板几何尺寸的改变也会对其振动频率产生重要影响。     

TRANSIENT TORSIONAL WAVE IN FINITE HOLLOW CYLINDER WITH INITIAL AXIAL STRESS

An analytical solution is obtained for transient torsional vibration of a finite hollow cylinder with initial axial stress. The cylinder is subjected to dynamic shearing stress at the internal surface and is fixed at the external surface. The basic equations are presented and the solution is obtained by means of Fourier series expansion technique and the separation of variables method. The effects of the initial stress on the natural frequencies and transient torsional responses are presented and discussed.