T尾结构振动的模态局部化判据研究

用峰值振幅比定义局部化度,用平尾刚度与垂尾刚度的比值定义耦合度.基于T尾结构的质量失调模型,从模态峰值振幅比、失调耦合比、常规摄动和近频摄动4个角度,提出4个不同的局部化判据来预测T尾结构模态局部化的发生.对一个T尾结构模型局部化振动的数值分析结果表明:(1)T尾结构系统一般具有弱耦合性,小量的失调就可以使T尾结构发生模态局部化;(2)T尾结构一旦发生模态局部化,不但使对称一弯模态和反对称一弯模态的振型发生较大改变,而且其模态频率也将改变,模态频率的改变在失调量的正负区间内具有唯一性;(3)算例验证了4个模态局部化判据的可行性和有效性,为T尾结构的模态局部化分析和设计提供了依据.     

结构参数对飞机高平尾振动模态局部化的影响

针对结构参数对高平尾布局尾翼振动横态局部化影响进行了研究。考虑到失调本身的不可预知性,在实际结构的基础上设计了质量正失调、质量负失调、刚度正失调、刚度负失调四种可能出现的失调尾翼模型。当失调量为±0.5时,通过模态分析法得到了翼梁和翼肋厚度不同的情况下结构的振动模态局部化度,并讨论了结构自身参数对不同失调原因引起的模态局部化的影响。结果表明:垂尾梁厚度的增加会提高振动模态局部化程度,而平尾梁厚度的影响与之相反,翼肋参数对模态局部化基本无影响;与前梁厚度相比,后梁厚度对结构振动模态局部化的影响较大;当垂尾后梁厚度增加到2.0mm时,0.5kε=-的失调模型的局部化度从0.342变为0.971,这种显著变化在结构设计中需引起注意;此外,结构参数对质量正失调和刚度负失调产生的模态局部化的影响强于质量负失调和刚度正失调。     

近海风机叶片模态局部化产生机理及定量分析研究

在摄动理论的基础上,结合失谐度、模态密集度以及模态置信准则对模态局部化的产生机理做了定量描述,并用26自由度弹簧质点结构验证了其可行性。其次,用ANSYS建立了风机叶片模型,并通过改变材料的密度和弹性模量模拟了四种失谐情况,发现风机叶片刚度和质量的小量失谐也会对其模态振型产生显著的影响,同时通过定义新的模态局部因子来定量描述风机叶片结构的模态局部化程度。最后,对风机叶片失谐振型中谐调振型的成分进行了分析,研究表明,其成分越复杂,模态局部化程度也越强。     

多档输电线非线性建模及面内自由振动分析

考虑边界条件和耦合连接条件,基于Hamilton变分原理,建立了多档输电线结构的精细化动力学模型。对两档输电线系统的特征值问题进行了研究;根据面内特征值方程,确定结构的模态函数,分析了垂跨比、跨度比等参数对面内固有频率的影响。研究结果表明,随着跨度比和垂度比的增大,各档之间横向振动耦合增强,模态频率会发生频率穿越现象。本文结合模态局部化因子描述体系的局部模态、整体模态、混合模态行为,输电线档间通过连续条件耦合,产生混合模态。结果表明,在Veering区和频率穿越区附近,某些频率接近相等,存在1:1内共振和2:1内共振模式。     

振型节线角度对舵面颤振稳定性的影响

针对舵机支撑刚度支持下的舵面结构,建立了广义气动力与舵面前两阶局部刚化模态振型节线角度关系的表达式,分析广义气动力随振型节线角度的变化规律,根据Routh-Hurwitz稳定性判据研究振型节线角度对颤振临界动压的影响．研究结果表明：舵面前两阶局部刚化模态振型节线处于相对“横平竖直”的状态时,前两阶模态经由广义非定常气动载荷引起的耦合较弱,舵面的颤振临界动压较高．     

大型离心叶轮振动模态局部化特性研究

为了研究目前工程中大型流体机械离心叶轮出现的局部疲劳破坏的机理,基于现有的有限元分析方法,结合模态分析等动力学理论以及叶轮所承受的气流激励,对其动力学特性进行了研究。着重研究了离心叶轮这类周期循环对称性结构具有的不同于非周期循环结构的特殊动力学性质以及该特殊的动力学特性与叶轮疲劳破坏的联系。研究发现其存在频率通带(passbands)、频率禁带(stopbands)现象,并出现了振动模态局部化现象。另外,叶轮的动力学特性对其周期性结构失谐特别敏感,该类失谐可来自由制造误差、材料和使用中磨损出现的不均匀等多种因素。对于协调结构,在一定条件下(如系统具有高密集模态),很小的失谐量(1%)就可使结构振动模态产生急剧变化,从而出现振动模态局部化现象。对于所研究的机组,当进口预旋器导致的流体激振频率(1166.7Hz)接近叶轮的由第12阶～18阶固有频率组成的禁带(1020.3～1054.5 Hz)时,数值分析结果显示叶片进口部位出现了振幅较大的振动,与该机组实际破坏的部位相符。研究结果表明所使用的振动模态局部化分析方法能够揭示叶轮发生疲劳破坏的原因,即是一类共振型疲劳破坏现象。     

用ICM法拓扑优化静位移及频率约束下连续体结构

用ICM方法建立了静位移及频率约束下、重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型。采用独立于截面及形状参数的连续拓扑变量,借助于过滤函数,位移约束用莫尔定理显式化,频率约束用瑞利商求导数借助模态动能及模态应变能近似显式化。用图形过滤处理的方法解决了棋盘格及网格依赖问题。通过构造适当的过滤函数有效地防止了局部模态问题。动态引入防止模态交换的频率约束条件,使迭代过程不发生振荡。算例表明:用ICM方法建立的模型在处理多工况静位移约束、多频率约束及解决局部模态及模态交换等问题上有优势。     

索-梁组合结构的建模及面内动力特性分析

利用哈密顿变分原理以及结构动静态构型的影响,建立了索-梁组合结构的约化运动学控制方程。考虑到边界条件和耦合连接条件,我们研究了体系的面内特征值问题。根据求解得到的面内特征值方程,并通过分段函数的引入,结构的模态函数可以被直接确定。随后,我们研究了参数垂跨比f,刚度比和质量比对面内固有频率的影响。研究发现从结构的频率谱图中可以看出频率跳跃现象是存在的,另外,频率穿越现象也是十分明显。随后 ,考虑到局部模态和整体模态,结合之前确定的特征值方程及分段振型函数,我们研究了索-梁组合结构可能的模态形状。最后,我们讨论了索-梁组合结构可能发生的内共振形式,比如面内1:1内共振形式以及1:2内共振形式。研究表明梁的静态构型不仅直接影响到耦合力连接条件,还将影响索-梁组合结构频率的确定。     

范德华力对磁头/硬盘薄膜气体润滑动态特性的影响

利用摄动法分析了纳米间隙下范德华力对磁头动态飞行特性的影响规律.结果表明,在飞行高度低于5 nm后,范德华力降低了磁头的承载能力和飞行高度,使飞行高度和俯仰气膜刚度降低,对侧翻气膜刚度没有明显影响.范德华力对磁头滑块飞高振幅的影响主要在于特征振动频率区间,因此,通过磁头设计提高磁头特征振动频率,可以减弱范德华力对飞高振幅的影响.     

THE TRANSVERSE NONLINEAR FREE VIBRATION AND THE BUCKLING OF A COMPRESSIVE BAR ON AN ELASTIC FOUNDATION

基于Hamilton 原理,运用假设时间模态法,得到了弹性基础上压杆的横向非线性自由振动与屈曲的位移型常微分控制方程. 考虑一端固定另一端可移简支边界条件,采用打靶法得到了结构第一至第三阶结构频率与一阶屈曲载荷的数值结果. 结果表明：随轴心压力增加,结构频率减小;随弹性基础刚度增加,结构频率与屈曲载荷均增加;弹性基础刚度对结构频率的影响随振型阶数增加在减小;在小振幅的情形下,不同振型对一阶屈曲载荷的影响很小.     

An image encryption algorithm based on compound homogeneous hyper-chaotic system

A new dynamic model of a rotating flexible beam with a concentrated mass located in arbitrary position is derived based on the absolute nodal coordinate formulation, and its modal characteristics are investigated in this paper. To consider the concentrated mass at an arbitrary location of the beam, a Dirac’s delta function is used to express the mass per unit length of the beam. Based on the proposed dynamic model, the frequency analysis is performed. The nonlinear equation is transformed into the linear one via employing the linear perturbation analysis method. The stiffness matrix of static equilibrium of the system under the deformed condition is obtained, in which the effect of coupling between the longitudinal deformation and transversal deformation is included. This means even if only the chordwise bending equation is solved, the longitudinal vibration effect can be still considered. As we know, once the longitudinal deformation is large, it will significantly affect the chordwise bending vibration. So the proposed model in this paper is more accurate than the traditional dynamic models which are usually lack of the coupling terms between the longitudinal deformation and transversal deformation. In fact, the traditional dynamic models for the chordwise vibration analysis in the existing literature are usually linear due to neglecting the coupling terms, and consequently, they are only suitable for the modal characteristic analysis of a beam under small deformations. In order to get some general conclusions of the natural frequencies and mode shapes, the equation which governs the chordwise bending vibration of the rotating beam is transformed into a dimensionless form. The dynamic model presented in this paper is nonlinear and can be conveniently used to analyze the modal characteristics of a rotating flexible beam with large deformations. To demonstrate the power of the new dynamic model presented in this paper, the dynamic simulations involving the comparisons between the different frequencies obtained using the model proposed in this paper and the models in the existing literature and the investigating in frequency veering and mode shift phenomena are given. The simulation results show that the angular velocity of the flexible beam will give rise to the phenomena of the natural frequency loci veering and the associated mode shift which is verified in the previous studies. In addition, the phenomena of the natural frequency loci veering rather than crossing can be observed due to the changing of the magnitude of the concentrated mass or of the location of the concentrated mass which are found for the first time. Furthermore, there is an interesting phenomenon that the natural frequency loci will veer more than once due to different types of mode coupling between the bending and stretching vibrations of the rotating beam. At the same time, the mode shift phenomenon will occur correspondingly. Additionally, the characteristics of the vibration nodes are also investigated in this paper.     

关于含参变量特征值轨迹偏转现象的探讨

含参变量的特征值轨迹的偏转现象出现在许多力学和理论物理问题中。本文通过两个实例,对特征值轨迹偏转现象进行了深入的探讨。先讨论了一个两维平板振动问题,通过求特征值的上、下界的方法,确定了该问题的精确特征值呈现了曲线(含一个参变量)偏转和曲面(含两个参变量)偏转现象;然后讨论了一个双震荡器的振动问题,发现当某个参数发生变化时的特征值曲线是由相交变为偏转的。且当一对特征值曲线偏转前后,两个特征向量几乎互相改变了方向;而当一对特征值曲面偏转前后,对应的特征向量的分量也发生偏转。     

旋转薄板的一种高次动力学模型与频率转向

对固结于转动刚体上柔性薄板的刚柔耦合动力学和频率转向特性进行了深入研究,建立了系统的高次刚柔耦合动力学模型,该动力学模型计入了由于横向变形而引起的面内纵向缩短项,即非线性耦合变形量,并且完整保留了与非线性耦合变形量相关的所有项. 研究表明,高次耦合模型不仅适用于小变形问题,而且还适用于大变形问题,弥补了一次近似耦合模型在处理大变形问题上的不足. 旋转悬臂薄板相邻两阶模态间既有柔和的频率转向现象也有剧烈的频率转向现象. 柔和的频率转向伴随着的振型转换的过程是连续的,而剧烈的频率转向伴随着的振型转换的过程则是不连续的. 相隔多阶模态间存在传递性频率转向,并伴随着振型转移.      

考虑温度效应的索梁面内动力学建模及特性分析

根据增量热场理论,温度变化影响下索梁结构会形成新的热应力平衡状态．因此基于已有的索梁结构非线性动力学模型,结合与斜拉索张拉力和垂度相关的无量纲参数,重新建立考虑温度变化影响下索梁结构面内振动的动力学模型,并推导其面内非线性运动方程．接着开展特征值分析,得到包含温度效应的索梁结构面内振动频率的超越方程及模态振型函数．通过算例研究温度变化对不同刚度比的索梁结构影响,得到其前四阶面内振动的模态频率与温度变化的关系曲线．研究结果表明：面内模态频率受温度变化影响明显,其影响程度与刚度比大小和模态的阶数密切相关,温度变化对低阶模态频率的影响比对高阶模态频率影响更为复杂;升温和降温对索梁结构面内振动特性的影响不对称;此外温度变化会导致频率偏转点的位置发生漂移．     

有间隙折叠舵面的振动实验与非线性建模研究

针对折叠舵面内、外舵铰接处存在的间隙对地面振动响应的影响及间隙处的非线性建模方法展开研究.消除间隙,利用锤击法对线性折叠舵面进行模态实验,得到了前五阶模态参数;打开间隙,进行振动台扫频基础激励,实验结果表明间隙的存在会使结构的动力学响应产生非线性现象,如正反向扫描差异、跳跃、多谐波及频率漂移.非线性的影响主要体现在一阶弯曲模态上,激励量级的增大和间隙的减小均会使基频增大,且逐渐趋向于无间隙的结果,但对第二阶扭转模态的影响与第一阶相比较小.建立了折叠舵面的有限元模型. 提出了一种适用于具有集中非线性的折叠机构的模型缩减方法,并对舵面进行了模态缩减.根据Hertz接触理论,用具有线性和3/2次刚度组合形式的非线性扭转弹簧来模拟铰接处的间隙和接触.通过比较锤击实验与数值计算得到的前四阶频率和振型对模型的线性部分进行验证.通过Bathe两子步隐式复合算法计算基础激励下非线性结构的动力学响应,得到的传递函数可以模拟实验中出现的频率变化特征,验证了连接处非线性建模方法的合理性.      

模态局部化及频率曲线转向现象研究的几何理论

根据复平面映射理论，详细讨论了结构振动系统的固有频率曲线在复平面的几何特点．研究表明，频率曲线重合和转向现象实际上可进行统一的几何描述．复参数平面中支点的形成是解释局部化现象和曲线转向现象的基础．利用近频摄动理论中的缩聚方法将系统降维，大大拓宽了这一几何方法的使用范围．计算实例验证了理论分析所得的结果．该文是对Ｍ．Ｓ，Ｔｒｉ－ａｎｔａｆｙｌｌｏｕ等近期工作的改进与推广．     

A GEOMETRIC THEORY IN INVESTIGATION ON MODE LOCALIZATION AND FREQUENCY LOCI VEERING PHENOMENA

According to the mapping theory in complex plane,the geometric features of eigen fre-quency loci of systems undergoing free vibrations are investigated.It is concluded that the phenomenaof curve coalescence and veering can be described in a unified manner from the singularities of map-ping from the complex parameter plane onto the complex frequency plane.The formation of a branchpoint in the parameter space is the foundation of explaining localization and veering phenornena.Bythe use of condensation to reduce the dimension of a system,the scope of application of the geometrictheory is widely expanded.The theory is applied to examples to verify the validity of the proposed ap-proach.The present work is an improvement and extension of recent work by M.S.Traintafyllou etal.,     

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.