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基于非均匀梁模型的二维柔性机翼固有振动分析

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力学学报 2023年第2期55卷 487-496页

作者：黄可张家应王青云北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

变体飞行器通过光滑连续的结构变形改变气动特性,从而提高飞行器的飞行性能,具有很大的应用前景.由于这类新概念飞行器主要通过改变自身结构形状以获得最佳工作性能的需求,因此具有变形大、质量轻等特点,较容易发生结构振动响应.本文研... 详细信息

变体飞行器通过光滑连续的结构变形改变气动特性,从而提高飞行器的飞行性能,具有很大的应用前景.由于这类新概念飞行器主要通过改变自身结构形状以获得最佳工作性能的需求,因此具有变形大、质量轻等特点,较容易发生结构振动响应.本文研究了一种以柔性变后缘作为变体形式的二维柔性机翼等效建模方法,基于非均匀梁模型假设,建立了该柔性翼的动力学模型.通过利用Frobenius方法得到解析解及固有频率,并用有限元方法进行对比验证,发现前4阶固有频率的误差均在1%以内,每阶固有频率对应的振型一致.通过3D打印工程塑料ABS和硅胶蒙皮材料制备了柔性机翼结构件,并通过动态测量法和拉伸试验分别测定了打印材料和硅胶蒙皮材料的杨氏模量,搭建振动响应实验平台对制备的柔性机翼试验件进行振动试验.对比发现模型振动试验获得的基频与理论模型结果一致,并与有限元方法误差在3%以内.本文通过理论分析和实验验证,建立了二维柔性机翼等效建模方法,研究结果将为柔性变后缘结构动力学特性分析及其控制应用方面提供理论支持.

关键词：鱼骨柔性翼变后缘非均匀梁固有振动幂级数解

2.5维树脂基编织复合材料平板固有振动分析

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航空动力学报 2022年第7期37卷 1469-1477页

作者：刘杰明周标温卫东张宏建南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016

开展2.5维T800碳纤维/BMP350聚酰亚胺树脂编织复合材料平板结构固有振动特性的仿真分析与试验研究。首先,分别采用多尺度分析方法和细观尺度有限元分析方法预测复合材料悬臂平板的固有振动特性。其次,开展了复合材料悬臂平板的模态试验... 详细信息

开展2.5维T800碳纤维/BMP350聚酰亚胺树脂编织复合材料平板结构固有振动特性的仿真分析与试验研究。首先,分别采用多尺度分析方法和细观尺度有限元分析方法预测复合材料悬臂平板的固有振动特性。其次,开展了复合材料悬臂平板的模态试验,获取其固有振动特性的实测数据。与试验结果对比,仿真预测固有频率最大误差在10%以内,验证了上述两种固有振动分析方法的有效性,可为后续2.5维树脂基编织复合材料叶片的动力学性能分析与设计研究提供参考。

关键词： 2.5维树脂基编织复合材料固有振动多尺度分析有限元分析模态试验

斜拉桥面内竖向固有振动模型及特性影响的有限差分分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第7期50卷 33-43页

作者：陈柯帆李源贺拴海王康殷怡萍宋一凡长安大学公路学院陕西西安710064 旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室(长安大学) 陕西西安710064

为研究精确且方便的斜拉桥面内竖向模态频率及振型计算方法,建立了用于模拟斜拉桥面内竖向固有振动行为的主梁集中质量参数体系动力学模型.该模型考虑了拉索对主梁的竖向弹性支承作用及对主梁不同截面的水平索力投影,通过引入微梁段两... 详细信息

为研究精确且方便的斜拉桥面内竖向模态频率及振型计算方法,建立了用于模拟斜拉桥面内竖向固有振动行为的主梁集中质量参数体系动力学模型.该模型考虑了拉索对主梁的竖向弹性支承作用及对主梁不同截面的水平索力投影,通过引入微梁段两侧剪力以模拟主梁弯曲刚度、拉索间运动耦合作用.基于微梁段间的弯矩平衡和有限差分法,得到了不同体系斜拉桥面内竖向固有振动的频率方程和振型函数,编制了求解程序.通过分别代入相关研究中算例参数、某斜拉桥参数并对比模态参数理论计算结果、实测频率值,验证了本文建模方法及公式的精确度、适用性.参数分析结果表明:斜拉桥低阶面内竖向频率受主梁轴力影响较大,轴力增大后会发生低阶频率的跃迁现象;发生断索对各阶频率值的影响效应与拉索锚固处主梁质点的对应阶次振型参与系数相关.

关键词：斜拉桥固有振动动力学模型有限差分法模态分析

磁场和温度场作用下金属-陶瓷FGM圆柱壳固有振动

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力学季刊 2023年第4期44卷 891-903页

作者：周琦胡宇达燕山大学建筑工程与力学学院河北秦皇岛066004 燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室河北秦皇岛066004

针对温度场中的金属-陶瓷功能梯度圆柱壳,基于物理中面下Love非线性薄壳理论,考虑物性参数沿厚度的梯度分布规律,得到含热应力项的内力和内力矩的表达式.根据电磁和弹性理论,得出磁场环境中导电功能梯度壳体的涡流洛伦兹力模型,给出动... 详细信息

针对温度场中的金属-陶瓷功能梯度圆柱壳,基于物理中面下Love非线性薄壳理论,考虑物性参数沿厚度的梯度分布规律,得到含热应力项的内力和内力矩的表达式.根据电磁和弹性理论,得出磁场环境中导电功能梯度壳体的涡流洛伦兹力模型,给出动能、应变能及其变分表达式.应用哈密顿变分原理和伽辽金离散法,建立功能梯度圆柱薄壳的磁热弹耦合振动方程,推得两端简支约束下非轴对称振动壳体的固有频率特征方程.通过算例,得到功能梯度圆柱壳的固有频率变化曲线图,阐明了磁场、温度、材料属性及结构尺寸对振动频率的影响规律.结果表明:周向波数增大,固有频率呈现先减小后增大的趋势;磁感应强度增加,电磁阻尼效应逐渐明显,固有频率值减小;壳体厚度的增大、长度的减小和温度的大幅升高,使刚度项系数减小,固有频率值增加.

关键词：功能梯度壳体固有振动磁场温度场物理中面

湿热环境下2.5维编织树脂基复合材料平板结构动力学特性

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航空动力学报 2024年

作者：唐银森程翰林周标张宏建南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室

开展湿热环境下新型三枚衬经2.5维编织复合材料平板结构动力学测试、仿真与模型修正研究。首先，开展湿热环境下的复合材料自由平板结构振动测试，分析湿热因素对其结构固有频率的影响；其次，基于纤维束/树脂基体组分材料力学性能退化... 详细信息

开展湿热环境下新型三枚衬经2.5维编织复合材料平板结构动力学测试、仿真与模型修正研究。首先，开展湿热环境下的复合材料自由平板结构振动测试，分析湿热因素对其结构固有频率的影响；其次，基于纤维束/树脂基体组分材料力学性能退化预测模型，建立湿热环境下复合材料结构固有振动分析方法；最后，利用实测结构模态数据，实现湿热环境下复合材料平板结构的动力学模型修正。试验结果分析揭示了复合材料自由平板结构固有振动特性随温度与吸湿量变化的规律。同时，仿真分析能够有效地预测复合材料自由平板结构固有频率在湿热环境下的变化趋势。对关键弹性常数进行修正后，复合材料自由平板前六阶固有频率测试与仿真数据的一致程度得到了大幅提高，其误差最大值由12.21%回落至2.4%，同时有效获取了包括剪切模量在内的湿热环境下复合材料等效弹性常数。

关键词： 2.5维编织树脂基复合材料湿热环境振动测试固有振动模型修正

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轴向运动铁磁矩形板固有振动的电磁影响效应

轴向运动铁磁矩形板固有振动的电磁影响效应

作者：穆媛燕山大学

学位级别：硕士

由于工程技术研究的突破性发展,铁磁结构在日常生活以及航空航天、汽车等工业领域中具有广泛的应用前景。铁磁材料由于其良好的磁化和磁能转换特性,当处于力、磁、弹和运动等多重耦合场中工作时,会导致系统产生极其复杂的动力学行为。此... 详细信息

由于工程技术研究的突破性发展,铁磁结构在日常生活以及航空航天、汽车等工业领域中具有广泛的应用前景。铁磁材料由于其良好的磁化和磁能转换特性,当处于力、磁、弹和运动等多重耦合场中工作时,会导致系统产生极其复杂的动力学行为。此外,铁磁结构处于外加磁场中,会受到明显的电磁效应和磁化效应影响。因此对处于磁化效应和运动效应下轴向运动铁磁薄板的磁弹性振动问题研究具有重要意义。基于弹性弯曲理论,推得轴向运动矩形薄板的动能、势能表达式;根据电磁学和磁固耦合基本理论,得到磁化力表达式;应用Hamilton原理,推得磁场环境下轴向运动铁磁矩形薄板的非线性磁弹性振动方程。研究常磁场作用下轴向运动矩形薄板的非线性固有振动问题。针对四边简支和对边简支对边夹支两种边界约束下的矩形薄板,基于Galerkin法推得静磁力作用下系统的扰动微分方程,并应用多尺度法求得常磁场作用下轴向运动矩形薄板的一、二阶固有频率解析式。通过数值计算,分别给出两种边界条件下轴向运动薄板的固有振动频率随轴向速度、磁场强度和初始幅值等的变化曲线图,分析不同物理和几何参数对多场耦合系统动力学特性的影响规律。研究气隙磁场作用下轴向运动矩形薄板的非线性固有振动问题。建立气隙磁场环境中轴向运动铁磁矩形薄板的力学模型;并基于气隙空间内磁势方程的求解,确定气隙磁场分布规律。针对四边简支和对边简支对边夹支两种边界约束下的矩形薄板,应用Galerkin法和多尺度法求得气隙磁场中轴向运动矩形薄板的前两阶固有频率表达式。通过数值计算,得到轴向运动薄板的固有振动频率随轴向速度、磁势、气隙厚度和初始幅值等的变化规律,并对两种解析方法的结果进行了对比分析。研究气隙磁场作用下轴向运动矩形薄板的多阶线性固有振动问题。在给出薄板磁弹性振动方程基础上,应用Galerkin法进行离散求解,得到四边简支、对边简支对边夹支和四边夹支三种边界约束下系统的固有振动特征方程。通过数值计算,分别给出气隙磁场中薄板的多阶固有振动频率随轴向速度、磁势、气隙厚度等的变化曲线图,分析了不同边界约束对振动特性的影响,并与数值解进行了对比验证。

关键词：铁磁薄板固有振动轴向运动静磁力气隙磁场多尺度法

基于DQM的曲梁平面外固有振动特性及参数分析

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工程力学 2013年第12期30卷 220-227页

作者：孙广俊李鸿晶王通邢浩洁北京工业大学建筑工程学院北京100022 南京工业大学土木工程学院南京210009 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京210096 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

基于DQM(Differential Quadrature Method,微分求积法),对曲线梁的频率方程和边界条件进行离散,通过采用不等分网点划分和替换法边界处理,求解了单跨圆形曲线梁和单跨回旋缓和曲线梁的平面外固有振动特性,并将结果与精确解进行对比,验... 详细信息

基于DQM(Differential Quadrature Method,微分求积法),对曲线梁的频率方程和边界条件进行离散,通过采用不等分网点划分和替换法边界处理,求解了单跨圆形曲线梁和单跨回旋缓和曲线梁的平面外固有振动特性,并将结果与精确解进行对比,验证了微分求积法的高效性,讨论了网点数对求解精度的影响。在此基础上,研究了弯扭刚度比、翘曲系数以及边界约束形式等因素对曲线梁振动频率的影响,分析对比了圆形和回旋缓和曲线梁振动特性的参数影响规律。研究表明,采用微分求积法可以方便、高效地求解曲线梁的固有动力特性;弯扭刚度比、翘曲系数以及边界约束条件对曲线梁振动频率有着较为显著的影响,随着边界约束的减少,两种形式曲线梁的基本频率均随之减小,对于多数约束情况,两种形式曲线梁振动特性的参数影响规律相类似,唯有一种悬臂形式下的回旋缓和曲线梁振动特性的参数影响规律表现出与其他约束情况下相反的规律。

关键词：曲线梁固有振动微分求积圆曲梁缓和曲梁

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斜拉索在平面内的非线性固有振动特性分析

南京航空航天大学学报 2007年第1期39卷 65-70页

作者：刘志军陈国平南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

研究斜拉索在平面内的非线性固有振动特性。从考虑抗弯刚度和垂度影响的斜拉索在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程出发,对斜拉索发生单模态振动进行了分析,将拉索运动微分方程简化为带平方项的Du ffing方程,用摄动法求取反映该... 详细信息

研究斜拉索在平面内的非线性固有振动特性。从考虑抗弯刚度和垂度影响的斜拉索在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程出发,对斜拉索发生单模态振动进行了分析,将拉索运动微分方程简化为带平方项的Du ffing方程,用摄动法求取反映该平方项影响的近似解析解,然后通过求解派生系统的特征值问题来分析拉索模态之间的耦合作用对拉索非线性动力学性质的影响,并与单模态振动分析结果进行了对比和验证。最后结合工程实例讨论分析了斜拉索重量、抗弯刚度、拉伸刚度、张力和倾斜角度对其非线性固有振动特性的影响。

关键词：斜拉索非线性固有振动单模态

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支承不在同一直线上多跨索的固有振动分析

振动与冲击 2011年第12期30卷 250-252,264页

作者：黄翀吴晓湖南文理学院土木建筑工程学院常德415000

研究了多跨索支承在同一平面内且不在同一直线上的固有振动。分段求出每个单跨索的振型函数,然后根据单跨索的边界条件以及连续性条件得到了多跨索的固有频率特征方程,利用此频率特征方程即可确定多跨索的固有频率。在算例分析中,把该... 详细信息

研究了多跨索支承在同一平面内且不在同一直线上的固有振动。分段求出每个单跨索的振型函数,然后根据单跨索的边界条件以及连续性条件得到了多跨索的固有频率特征方程,利用此频率特征方程即可确定多跨索的固有频率。在算例分析中,把该方法计算结果与有限元方法计算结果进行比较,验证了该计算方法可靠性,还讨论分析了多跨索的倾角对固有频率的影响。

关键词：支承索固有振动频率