压电薄板屈曲有限元分析及DKQ单元

在机电耦合本构方程基础上,利用Hamilton原理推导了压电薄板屈曲分析的有限元特征方程和机电耦合的内力计算公式,在有限元实现中选择了基于Kirchhoff薄板假定的四边形薄板单元（DKQ单元）,并给出该单元的几何刚度阵及其数值积分方法。在大型通用有限元分析和优化设计软件系统JIFEX中实现了该方法。给出的数值验证了DKQ单元在屈曲分析和压电薄板静力分析中具有较高精度和收敛性,通过机械荷载和电荷载联合作用下的临界荷载计算,表明压电耦合效应能够影响结构的稳定性,可以通过改变外加电压对结构稳定性进行控制。     

在实验模态分析中如何消除附加质量附加刚度对实模态参数的影响

本文讨论了在实验模态分析中如何消除附加质量和附加刚度对实模态参数影响的方法.为了验证方法的有效性,文中给出了算例和实际应用的例子.文末还讨论了输入数据的误差和输入模态的阶数对结果的影响.     

基于实测挠度、转角和曲率的细长梁分段抗弯刚度识别研究

静载试验是获得结构真卖特性的重要方法和途径，具有直观、可靠的特点。本文基于静载试验实测的挠度、转角和曲率，建立目标函数，通过优化的方法，实现结构分段截面抗弯刚度参数的识别。研究了优化目标函数的建立、优化算法的选取与实现；通过数值算例和一片简支梁静载试验实例分析，对方法的正确性与可行性进行了验证，所得结果可用于结构损伤识别和安全性能评估。     

层体边界元法在二维层体断裂分析中的应用

在刚度矩阵法的基础上建立了用于进行二维多层体结构断裂分析的边界单元法（ＢＥＭＬＭ）由于ＢＥＭＬＭ的基本方程中已经包含了层体表面和裂纹缝面的边界条件，因而不需要对这些边界进行单元离散，从而其断裂分析可望有较好的精度通过与柯西积分方程法进行结合，算例表明ＢＥ ＭＬＭ是可靠并有效的     

带竖缝钢筋混凝土剪力墙的抗侧刚度分析

为降低大震下结构的刚度，以减轻结构物的地层灾害，设计了一种带竖缝的钢筋混凝土剪力墙构件．根据它在水平力作用下的受力特点，建立了相应的刚度计算模型和计算公式，并与试验结果进行了对比，二吻合较好．     

一种含负刚度元件的新型动力吸振器的参数优化

提出了一种含有负刚度弹簧元件的新型动力吸振器模型,对该模型的最优参数进行了详细研究. 通过拉氏变换得到了系统的解析解,发现该系统存在着两个固定点,利用固定点理论得到了动力吸振器的最优阻尼比和最优频率比. 进一步研究发现接地刚度取负值时能够得到更好的减振效果,根据负刚度的特性得到了在保证系统稳定情况下的最优负刚度比. 通过数值解与解析解的对比证明了解析解的正确性. 通过与两种已有的典型动力吸振器模型在简谐激励和随机激励情况下的对比,说明了负刚度模型在主系统减振方面具有很大的优势,减振效果远优于两种已有动力吸振器模型,从而为设计新型动力吸振器模型提出了理论上的依据.      

负刚度时滞反馈控制动力吸振器的等峰优化

相比于传统动力吸振器, 负刚度动力吸振器同时具有更好的减振能力和更宽的有效减振频带宽度, 为了进一步降低共振峰幅值, 在负刚度吸振器系统耦合时滞反馈控制. 对负刚度时滞反馈控制动力吸振器系统进行等峰优化设计, 优化设计的准则是:第一和第二共振峰的峰值相等; 同时兼顾两个目标, 一个目标是在优化时的最大共振峰幅值小于被动负刚度吸振器系统的反共振峰幅值, 另一目标是在优化时共振峰幅值与反共振峰幅值差小于被动吸振器系统. 接着, 通过设计和调节负刚度系数、吸振器阻尼系数和时滞反馈控制系数对控制系统进行等峰优化设计. 最后, 在降低幅值的同时, 分析结构参数对有效减振频带宽度的影响. 经过等峰优化之后, 选择本文的一组结构参数与两个典型的模型进行对比. 为了定量比较不同模型的降幅效果, 定义了减幅百分比, 研究发现在有效减振频带区间内减幅百分比超过40%以上. 结果表明, 通过等峰优化准则对结构参数进行优化设计和调节增益系数和时滞量, 共振峰幅值的减幅百分比也近似达到40%, 也可以调节增益系数和时滞量, 使得幅频响应曲线具有较宽的有效减振频带和较低的共振峰幅值与反共振峰幅值的差值.      

压电与摩擦电复合型旋转能量采集动力学协同调控机制研究

低转速激励下能量采集性能差是目前制约旋转能量采集技术应用的瓶颈问题. 本文提出了动力学协同调控机制, 并用于调控系统的动力学行为, 可以使器件在低转速激励下有效工作, 提高了旋转能量采集系统的电学性能. 旋转刚度软化、非线性磁力、几何边界的协同调控既可以增加系统在低速下的振动位移以及压电材料的形变, 也可调控系统的最大位移, 使其振动可控并限制位移过大提高可靠性. 此外, 几何边界可以方便地集成摩擦纳米发电机, 实现压电与摩擦两种机电转换机制在振动和碰撞过程中协同发电, 有效利用空间和提高输出电能. 基于哈密顿原理建立了系统的机电耦合动力学模型并进行了实验验证. 实验结果表明系统能够在0~250 r/min的低转速范围内有效工作, 在转速为250 r/min时, 压电单元和摩擦纳米发电机的最大峰峰值电压分别为132 V和1128 V, 总平均功率为1426 μW. 本文提出的动力学协同调控机制为能量采集系统动力学和电学性能改进提供新的途径, 有益于促进自供能物联网技术的发展与应用.      

内含弹性介质功能梯度压电球壳的径向振动调控

针对内含弹性介质的功能梯度压电球壳的径向振动问题,利用变量替换技术,求得了解析解。该解适用于材料参数沿厚度按幂律变化且密度的梯度指标可与其它物理量的梯度指标不同的功能梯度压电球壳,克服了以往分析中所有材料参数梯度指标均假设为相等的局限。数值结果表明,功能梯度压电球壳的径向振动特性可利用材料参数梯度指标和内部弹性介质的刚度进行有效调控。     

直角坐标系下层状黏弹性地基Biot固结解析刚度矩阵解

基于直角坐标系下Biot固结的基本控制方程,并考虑软土土骨架的黏弹性特性,通过Fourier-Laplace积分变换、解耦变换、微分方程组理论和矩阵理论,推导了黏弹性地基Biot固结三维空间问题和平面应变问题在积分变换域的解析解,进而得到对应问题的单元刚度矩阵.然后根据对号入座原则组装得到层状黏弹性地基Biot固结对应问题的总体刚度矩阵.通过求解总体刚度矩阵形成的线性代数方程,得到层状黏弹性地基Biot固结对应问题在积分变换域内的解答.最后应用Fourier-Laplace逆变换得到其物理域内的解.对比求解黏弹性Biot固结问题退化的弹性Biot固结问题与已有解答,验证了刚度矩阵计算方法的正确性,为层状黏弹性地基Biot固结问题提供了理论基础.