悬索桥非共振情况下的振动

本文在连续膜假设条件下,建立了新的能描述吊索变形和松弛影响的悬索桥横向振动非线性偏微分方程组.该方程组的不等式定解条件反映出吊索松弛与否情况.在假设吊索不松弛的条件下,对上述方程组进行简化后得到一组只含双侧约束的非线性偏微分方程组.此方程组的定解条件是用等式表示的双侧约束条件.通过Galerkin方法把双侧约束的偏微分方程组离散为时域上非线性常微分方程组.用多尺度法求得了非线性常微分方程组非共振情况下的一次近似解析解.通过比较数值解和解析解发现,解析解有良好的精度.同时数值和解析的结果指出,在非共振情况下悬索桥的加劲梁和主缆的振幅都是有限值并正比于激励的幅值.     

框架结构损伤的检测诊断与评估方法研究

通过构造以损伤参数为未知量的超定非线性方程组,提出了3种改进的框架结构损伤的检测、诊断、评估方法——改进的一阶迭代法、改进的混合迭代法、改进的动静结合法。通过对框架结构损伤识别的数值模拟分析可以得出:在单柱或梁发生20%及以下损伤的情况下,动静结合法、一阶迭代法、混合迭代法均能较好地识别出损伤的位置与程度。在求解40%及以上的损伤或者多处梁柱损伤时,一阶迭代法和混合迭代法分别只经过25次迭代和22次迭代就达到设定的10-8迭代误差而收敛停止计算,均能准确地识别出损伤单元的位置与损伤程度;与一阶迭代法相比,混合迭代算法由于采用了精确度较高的二阶非线性解析解作为迭代修正的初值,因而迭代修正精度更高,收敛性更好;动静结合法由于结合了结构的动态信息和静态信息,识别精度与混合迭代算法接近且减少了运算时间,并且通过提高计算中所使用的模态阶数可大大提高其识别精度。     

结构动力响应的时间有限元全域算法

利用状态方程将二阶结构动力学方程组变成一阶线性微分方程组,并采用加权残值伽辽金法将一阶线性微分方程组离散成线性方程组.该方法是一种全域算法,是真正意义上的时间有限元算法.数值算例表明:该方法有很好的计算精度,与解析解吻合较好.     

类Pade逼近方法在二维非线性振动系统的应用

提出一种求解强非线性系统同异宿轨道解析解的改进类Pad\'{e}逼近方法, 该方法在分析带有扰动参数的系统时无需预先限定参数的取值范围. 首先研究了具有三次非线性项的系统,分析其产生同宿或异宿轨道时参数的取值范围, 分别提出直接体现参数的同宿及异宿解的设解通式, 据此获得了一类强非线性下的自治系统方程的同宿及异宿解. 其次, 对于非自治系统, 研究了具有三次非线性项系统的强迫振动, 直接考虑扰动参数对整个系统的影响, 得到了满足同(异)宿边界条件的周期解. 最后, 构造了两种不同形式的异宿解, 从而减少了保守系统异宿解的计算量. 借助数值模拟验证了该方法的有效性及精确性.      

基于子结构的非线性参数系统动力反演方法研究

研究了输入、输出不完备情况下的非线性参数系统动力反演问题.将子结构技术与分解算法相结合,引入广义逆,无需迭代.直接求得待识别参数的极小范数最小二乘解,反演获得未知输入荷载.本文从理论上论证了该方法的收敛性和严格的适用条件,为有限测点条件下非线性参数系统的动力反演问题提供了一个较好的解决方法.与全量补偿算法相比,计算效率大大提高,具有广泛的工程实际应用前景.数值算例表明该方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果.     

基于增量谐波平衡的参激系统非线性识别法

将增量谐波平衡法应用到非线性系统的建模和参数识别中,针对Mathieu-Duffing方程,推导了利用增量谐波平衡原理识别参数激励非线性系统参数的方法. 该方法改进了增量谐波平衡方法的推导过程,通过数值模拟对比研究了谐波平衡非线性识别(harmonic balance nonlinearity identification, HBNID)和增量谐波平衡非线性识别(incremental harmonic balance nonlinearity identification, IHBNID)的效果,验证了增量谐波平衡非线性识别的有效性. 结果表明,增量谐波平衡非线性识别的计算效率较高,计算精度和抗噪能力都优于谐波平衡非线性识别.      

弹性力学的杂交自然单元法

为了解决自然单元法无法直接求解节点应力以及应力解精度不高的问题, 将应力杂交的思想引入自然单元法中, 与弹性问题的Hellinger-Reissner变分原理结合, 提出了弹性问题的杂交自然单元法. 算例表明: 杂交自然单元法的计算结果与解析解吻合, 证明该方法是可行的; 在求解应力方面, 杂交自然单元法比自然单元法有着更高的计算精度, 而且可以直接求解出节点的应力.     

管道联接件参数识别的行波法

基于结构振动的行波理论,提出了一种管道联接件物理参数识别的新方法.以未充液直管在平面内的弯曲振动为例,建立了入射波和出射波在联接件处的散射关系,并结合波模式幅值系数的识别,得到一组包含待识别参数的非线性方程组.在每一个频率下求解该方程组得到联接件的动刚度,最后采用最小二乘法一次识别得到联接件的物理参数.数值仿真结果表明,行波法在管道联接件参数辨识中,识别精度高,而且采用矩阵条件数小的传感器阵列,可以提高参数辨识的精度.     

非线性振动系统的多项式向量方法

对于常微分方程描述的非线性振动系统,当采用摄动方法求近似解时,先是给出满足各阶近似解的二阶常微分方程组,继而依次对每一个常微分方程进行求解,以致多自由度非线性振动系统的求解过程相当繁琐.文章针对常微分方程表示的非线性振动系统,提出了一种求解非线性振动系统近似解的多项式向量方法,该方法将二阶常微分方程组表示成一阶状态方程组,将非线性部分写成常数矩阵和多项式向量之积的形式.然后,采用直接摄动方法,获得每个幂次近似解所满足的一组状态方程,此时状态方程的非线性部分成为常数矩阵和前一幂次近似解作为元素组成的多项式向量的乘积.进一步,借助Toeplitz矩阵将多项式向量之乘法表示成矩阵形式,以解决多项式相乘带来的幂次方系数的确定问题,再根据一阶非齐次方程组的求解方法,获得状态方程组的全部近似解析解.多项式向量方法将二阶常微分描述的非线性振动求解过程转换为一阶非齐次状态方程组的求解问题,计算过程主要是矩阵和向量之间乘法运算,提高了计算效率和程序化水平.     

含纤维搭桥的正交各向异性材料非线性矩形脱层屈曲分析

本文基于用挠度和应力函数表示的考虑含纤维搭桥影响的正交各向异性材料矩形脱层屈曲非线性方程组,采用伽辽金法获得了非线性矩形脱层屈曲的理论解,给出了屈曲载荷随脱层中心挠度、纤维搭桥因子及脱层几何和材料参数变化的解析关系式.通过理论计算与有限元数值结果的对比,验证了解的正确性.本文解可有效用于分析材料参数和几何参数以及纤维搭桥作用对结构非线性脱层屈曲行为的影响,对于复合材料抗压屈曲强度设计具有重要参考价值.     

Approximate analytical solution in slow-fast system based on modified multi-scale method

A simple, yet accurate modified multi-scale method (MMSM) for an approximately analytical solution in nonlinear oscillators with two time scales under forced harmonic excitation is proposed. This method depends on the classical multi-scale method (MSM) and the method of variation of parameters. Assuming that the forced excitation is a constant, one could easily obtain the approximate analytical solution of the simplified system based on the traditional MSM. Then, this solution for the oscillator under forced harmonic excitation could be established after replacing the harmonic excitation by the constant excitation. To certify the correctness and precision of the proposed analytical method, the van der Pol system with two scales subject to slowly periodic excitation is investigated; this system presents rich dynamical phenomena such as spiking (SP), spiking-quiescence (SP-QS), and quiescence (QS) responses. The approximate analytical expressions of the three types of responses are given by the MMSM, and it can be found that the precision of the new analytical method is higher than that of the classical MSM and better than that of the harmonic balance method (HBM). The results obtained by the present method are considerably better than those obtained by traditional methods, quantitatively and qualitatively, particularly when the excitation frequency is far less than the natural frequency of the system.     

Approximate analytical solution in slow-fast system based on modi?ed multi-scale method

A simple, yet accurate modi?ed multi-scale method(MMSM) for an approximately analytical solution in nonlinear oscillators with two time scales under forced harmonic excitation is proposed. This method depends on the classical multi-scale method(MSM) and the method of variation of parameters. Assuming that the forced excitation is a constant, one could easily obtain the approximate analytical solution of the simpli?ed system based on the traditional MSM. Then, this solution for the oscillator under forced harmonic excitation could be established after replacing the harmonic excitation by the constant excitation. To certify the correctness and precision of the proposed analytical method, the van der Pol system with two scales subject to slowly periodic excitation is investigated; this system presents rich dynamical phenomena such as spiking(SP),spiking-quiescence(SP-QS), and quiescence(QS) responses. The approximate analytical expressions of the three types of responses are given by the MMSM, and it can be found that the precision of the new analytical method is higher than that of the classical MSM and better than that of the harmonic balance method(HBM). The results obtained by the present method are considerably better than those obtained by traditional methods,quantitatively and qualitatively, particularly when the excitation frequency is far less than the natural frequency of the system.     

Application of the modified iteration method to nonlinear vibration of corrugated circular plates

In this paper, the modified iteration method is successfully extended to investigate the nonlinear free vibration of corrugated circular plates with full corrugations. The analytical relation for the amplitude-frequency response of corrugated circular plates is obtained and discussions on the influences of geometrical parameters on vibration behaviours of corrugated circular plates are made. The present results are practically important in the design of elastic elements in precision instruments.     

纤维增强陶瓷基复合材料的D失效判据

经典唯象强度理论适用于正交各向异性线弹性体。对于非线性纤维增强复合材料,通过加卸载试验和损伤力学的分析方法,可以得到一种虚拟的线性化应力-应变关系;依据损伤等效假设,针对线性损伤和非线性损伤,对基于应力的经典二次失效准则进行变换,建立了一种基于损伤的强度理论,即“D失效判据”,这一强度理论可以作为经典判据的补充和扩展。针对平纹编织C/SiC复合材料的拉/剪组合试验,进行了实例计算,结果表明：利用D失效判据预测的失效包络线比蔡-希尔准则的预测曲线低,而且,失效曲线的形式与材料的损伤演化规律相关。     

轮对非线性动力学系统蛇行运动的解析解

在对铁路车辆系统的极限环幅值和非线性临界速度进行分析时通常采用数值方法, 不便于研究其随系统参数的变化规律. 轮对系统保留了影响车辆系统动力学性能的几个关键要素: 如轮轨几何非线性约束、轮轨接触蠕滑关系和悬挂系统等, 可以反映铁路车辆系统蛇行运动的本质特性. 轮对系统自由度少、参数少, 可以采用解析方法进行分析. 本文选取合适的特征量把轮对非线性动力学方程无量纲化, 得到了带有小参数的两自由度微分方程; 采用多尺度方法对该方程进行了解析求解; 给出了轮对系统极限环幅值的解析表达式并对其稳定性进行了判定; 给出了轮对系统的分岔速度解析表达式, 并进而获得系统的非线性临界速度的解析表达式. 在对得到的解析解用数值结果进行验证后, 用得到的解析解进行了系统参数影响分析. 传统的分岔图计算方法(如降速法、路径跟踪法等)需对微分方程进行大量数值积分计算方可求解系统的非线性临界速度值, 而通过本文获得的解析表达式可直接给出系统的非线性临界速度值和极限环幅值, 便于研究轮对系统动力学特性随参数的变化规律,进行快速方案比对和筛选, 为转向架结构优化设计提供参考.      

多自由度分段光滑非线性系统的近似解——-中华文物龙洗的自激振动

建立了由干摩擦引起的两个弹性体之间自激振动的数学模型. 利用平均法 求出了由干摩擦引起的多自由度分段光滑非线性动力系统的近似解析解，分析了搓动速度、 振动频率与振幅的关系曲线，相位角与搓动速度的关系曲线，分析结果与数值解基本吻合. 为研究多自由度分段光滑非线性系统提供了一种有效的近似解析分析方法.     

一类强非线性机械基础系统的亚谐振动解析解

建立了机械基础动力系统的强非线性动力学模型，利用能量法对该系统的周期解进行了解析研究，确定了系统动态参数满足周期解的条件、系统的周期解以及解的稳定性判别式。发现了亚谐振动，并给出了系统在满足周期解条件下的一组参数对应的主振动、1／3亚谐振动和1／5亚谐振动。最后利用数值积分方法计算了系统在给定条件下的主振动及亚谐振动解，考察了解析解的正确性。     

STUDY ON THE PREDICTION METHOD OF LOW_DIMENSION TIME SERIES THAT ARISE FROM THE INTRINSIC NONLINEAR DYNAMIC

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬｏｔｓｏｆｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｆｒｏｍｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｂｅｌｏｎｇｔｏｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｏｔｉｃｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓ.Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃｅｔｈａｔｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｓｏｆｅｉｔｈｅｒｌｏｗｏｒｄｅｒｓｏｒｈｉｇｈｏｒｄｅｒｓｃａｎｎｏｔｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｏｔｉｃｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓ.Ｈｅｎｃｅｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｃｈａｏｔｉｃｔｉｍ…     

The perturbation finite element method for solving problems with nonlinear materials

The perturbation method is one of the effective methods for so-lving problems in nonlinear continuum mechanics.It has been de-veloped on the basis of the linear analytical solutions for the o-riginal problems.If a simple analytical solution cannot be ob-tained.we would encounter difficulties in applying this method tosolving certain complicated nonlinear problems.The finite ele-ment method appears to be in its turn a very useful means for sol-ving nonlinear problems,but generally it takes too much time incomputation.In the present paper a mixed approach,namely,theperturbation finite element method,is introduced,which incorpo-rates the advantages of the two above-mentioned methods and enablesus to solve more complicated nonlinear problems with great savingin computing time.Problems in the elastoplastic region have been discussed anda numerical solution for a plate with a central hole under tensionis given in this paper.     

多自由度分段光滑非线性系统的近似解——中华文物龙洗的自激振动

建立了由于摩擦引起的两个弹性体之间自激振动的数学模型.利用平均法求出了由干摩擦引起的多自由度分段光滑非线性动力系统的近似解析解,分析了搓动速度、振动频率与振幅的关系曲线,相位角与搓动速度的关系曲线,分析结果与数值解基本吻合.为研究多自由度分段光滑非线性系统提供了一种有效的近似解析分析方法.