弹性圆拱在考虑几何非线性和初始缺陷情况下的动力稳定性分析

本文由虚功原理建立弹性圆拱的平衡方程,用有限差分法对非线性偏微分方程组进行求解(Park法对时间进行差分)。在考虑几何非线性和初始几何缺陷情况下对铰支、固支圆拱在均布突加阶跃荷载作用下的动力稳定性进行分析。结果表明:圆拱中心角的大小、边界条件及初始缺陷幅值都对圆拱失稳模态有影响。文中分析了直接、间接两种失稳形式。并给出了不同初始缺陷及边界条件下圆拱中心角对比值Pd/Pa(Pd为动力稳定临界值,Ps为静力稳定临界值)的影响。     

两铰弹性圆拱的动力屈曲

1 引言稳定性准则在系统稳定分析中占有极其重要的地位.对于保守系统而言,Budiansky-Roth 准则,或称运动方程法,是目前动力稳定数值分析中普遍采用的方法.对于弹性结构,若荷载参数的微小变化,引起响应幅值的巨大变化,则称结构丧失动力稳定性,即结构在Liapunov 意义上丧失稳定性.本文采用此准则判别弹性圆拱在均布突加阶跃荷载作用下的动力稳定性.     

几何缺陷浅拱的动力稳定性分析

研究了几何缺陷对粘弹性铰支浅拱动力稳定性能的影响。从达朗贝尔原理和欧拉-贝努利假定出发推导了粘弹性铰支浅拱在正弦分布突加荷载作用下的动力学控制方程,并采用Galerkin截断法得到了可用龙格-库塔法求解的无量纲化非线性微分方程组。同时引入能有效追踪结构动力后屈曲路径的广义位移控制法,对含几何缺陷浅拱的响应曲线进行几何、材料双重非线性有限元分析。用这两种方法分析了前三阶谐波缺陷对浅拱动力稳定性能的影响,其中动力临界荷载由B-R准则判定。主要结论有:材料粘弹性使浅拱动力临界荷载增大且结构响应曲线与弹性情况差别很大;二阶谐波缺陷影响显著,它使动力临界荷载明显下降且使得浅拱粘弹性动力临界荷载可能低于弹性动力临界荷载。     

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.     

并行多步法及其在两铰圆拱动力响应中的应用

本文在基于个人计算机的transputer并行处理子母板系统上提出了一种结构动力分析中适合于并行处理的对时间域积分的多步法——并行多步法。并用此方法对两铰弹性圆拱在矩形荷载作用下的动力响应进行分析。算例表明,对于四处理器系统算法加速比可达3.05,效率为76.25％。对圆拱的分析表明,当中心角之半θ_0较小时,矩形荷载作用完后圆拱在偏离原静止状态的位置附近自由振动。这主要是由于几何非线性所致。     

考虑初始几何缺陷时复合材料层合浅拱的动态“跳跃”

考虑几何非线性但不计横向剪切效应，给出了复合材料合浅拱的动力方程，利用伽辽金法求出了均布阶跃载荷作用下，两端铰支、正交铺层的对称层合浅拱在计及初始几何缺陷情况下的动力响应，并由Ｂ－Ｒ准则分析了动力稳定性计算结果表明：初始缺陷对于结构参数γ较大的拱的临界动力载荷有很大的影响。     

圆板在物体撞击下的非线性动力响应

本文在Von Kármán大位移的意义上,利用虚位移原理伽辽金方法建立了圆板在物体撞击下的非线性动力响应的控制微分方程,在研究响应问题时,考虑了冲击载荷与圆板位移响应之间的耦合影响,文中使用时间增量法和奇异摄动理论求解问题的控制方程,获得了固支圆板非线性动力响应的近似解,并且求解了具体算例,绘出了圆板位移、应力响应曲线以及冲击力随时间的变化曲线。     

并行多步法及其在两铰圆拱动力响应中的应用

本文在基于个人计算机ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并处理子母板系统上提供了一种结构动力分析中适合于并行处理的对时间域积分的多步法－并行多步法。并用此方法对两铰弹性圆２拱在矩形荷载作用下的动力响应进行分析，算例表明，对于四处理器系统算法加速比可达３．０５，效率为７６．２５％，对圆拱的分析表明，当中心角之半θ０较小时，矩形荷载作用完后圆拱在偏离原静止状态的位置附近自由振动，这主要是由于几何非线性所致。     

几何非线性软铁磁导电梁式板在磁场中的动力响应

本文提出一套描述静磁场中软铁磁导电梁式板大挠度自由振动的基本方程,在这组方程中,磁化、涡电流和几何非线性梁式板的力学行为之间的相互耦合被考虑。对两端铰支（不可移）的梁式板,详细讨论了电导率、磁导率、外加磁场的大小和倾角以及板的几何非线性对其自由振动的周期（或频率）和振幅的影响,数值结果显示,板的几何非线性引起的面内张力使板的固有频率上升,导电性和磁化则使频率下降。在磁弱性失稳临界磁场值两侧,板的频率随磁场变化的规律明显不同。另外,随着磁场倾角的增加或者磁导率的增大,电磁阻尼效应明显增强,振动被显著抑制。     

弹性地基上圆底扁球壳的非线性动力问题

本文从Krmn非线性基本微分方程出发,提出了将修正迭代法和伽辽金法联合运用,分析了弹性地基上圆底扁球壳在均布荷载作用下周边固定边界条件的非线性动力响应问题,给出了中心振幅与时间t之间关系的二次近似解析表达式;同时还讨论了Winkler地基参数K对中心最大振幅的影响。此外将本文的部分结果和已有文献结果作了比较,二者吻合较好。     

均匀径向压力作用下深圆拱的平面内稳定性

利用小变形理论及ANSYS 研究了均匀径向压力作用下深圆拱的平面内稳定性,算例分析表明,当深圆拱的圆心角较小时,圆拱受径向压力的稳定性高于受静水压力的稳定性,当深圆拱的圆心角较大时,圆拱受径向压力的稳定性低于受静水压力的稳定性.     

非线性弹性支承转子系统动力特性分析

本文把非线性弹性支承简化为带变刚度、变阻尼元件的 Kelvin 模型,并用子结构传递矩阵法分析配有这类支承的转子系统的动力特性.     

考虑几何与压电非线性行为压电层合轴对称圆板的精确解

研究可移简支及夹支边界条件下,轴对称压电层合圆板在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形.考虑电致伸缩的非线性压电效应及几何非线性的影响,导出轴对称压电层合圆板的控制方程.通过调整坐标轴的位置对控制方程进行简化,得到关于挠度和径向力的4阶非线性控制方程.再通过简单的积分并引入无量刚变量将控制方程等价地化为2阶非线性耦合微分方程组.利用幂级数法得到可移简支及夹支边界条件下强电场和均布荷载共同作用时的挠度、径向力及径向位移的幂级数精确解.通过对双、单压电晶片执行器的数值计算及分析,得到电场、外载对于位移、径向力的影响关系.     

非线性弹性支承转子系统动力特性分析

本文把非线性弹性支承简化为带变刚度、变阻尼元件的Kelvin 模型,并用子结构传递矩阵法分析具有这类支承的转子系统的动力特性.     

圆板在非轴对称荷载作用下弹性动力响应的精确解

本文利用模态迭加法求得了夹支圆板在非轴对称的横向集中阶跃荷载作用下动态响应的精确解,所得的解用Fourier—Bessel级数表示。轴对称荷载作用下的解仅是该解的特例。文中还给出了夹支圆饭在非对称荷载作用下板上一些典型点的挠度随时间变化的实例计算曲线,这些曲线具有良好的规律性。     

多孔饱和半空间上弹性圆板的动力分析

用解析方法研究多孔饱和半空间上弹性圆板的低垂直振动，首先用Ｈａｎｋｅｌ变换求解多孔饱和介质动力问题控制方程，然后按混合边值条件建立多孔饱和半空间上弹性板的垂直振动的对偶积分方程，用Ａｂｅｌ变换化对偶积分方程为第二类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程，并给出了数值算例。     

轴对称压电圆板的非线性动力响应

基于Von Karman板理论和压电材料力学,考虑横向剪切变形,建立了轴对称压电圆板的非线性运动方程,提出了相应的力学与电学边界条件.求解时,首先应用Galerkin方法,将非线性偏微分运动方程转化为仅含时间变量的非线性常微分方程.然后,应用Newmark-β方法将时间函数离散,整个问题应用Newtoni迭代法求解.算例中,求得了压电圆板线性振动基频,验证了方程和求解方法的可靠性,讨论了压电效应、几何非线性、结构尺寸、力学和电学荷载等因素对板非线性动力响应的影响.     

具有弹性支座杆件的动力稳定性研究

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题，推导出了杆件的临界频率和动力不稳定边界，分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响，研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好，阻尼对杆的振动起有利作用，并提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施．     

固支浅圆拱受子弹撞击的实验研究

本文报导了铝合金固支浅圆拱在子弹撞击下动力响应的实验研究,试验中采用应变片测量并由高速摄影得到试件变形的瞬态记录。实验结果表明,此类浅拱的动力响应不存在失稳现象;但在某一撞击速度区间内,拱的中心位移增加较快,拱的响应前期轴力可以忽略不计,而在后期则必须考虑。     

作大运动弹性薄板中的几何非线性与耦合变形

导出作大范围刚体运动弹性薄板包括了几何非线性和中面变形之间的相互耦合（耦合变形）的动力学控制方程．分析了几何非线性和耦合变形各自对系统动力学性质的影响,得到了在传统方法上只考虑几何非线性,系统将通过同宿轨分岔过渡到混沌运动;若在传统方法上考虑耦合变形,系统稳定且数值解收敛,与实际情形相符．