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含孔隙金属陶瓷功能梯度圆柱壳的模态频率研究

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船舶力学 2022年第3期26卷 414-425页

作者：刘超刘文光南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

研究含孔隙金属陶瓷功能梯度圆柱壳在热荷载、弹性基础以及轴向荷载作用下的模态频率。首先,采用Voigt模型以及Sigmoid型分段体积分数模型分析功能梯度材料与温度相关的材料属性;然后,基于Sanders壳体理论和Rayleigh-Ritz法推导出功能... 详细信息

研究含孔隙金属陶瓷功能梯度圆柱壳在热荷载、弹性基础以及轴向荷载作用下的模态频率。首先,采用Voigt模型以及Sigmoid型分段体积分数模型分析功能梯度材料与温度相关的材料属性;然后,基于Sanders壳体理论和Rayleigh-Ritz法推导出功能梯度圆柱壳的模态频率方程;其次,利用MATLAB编程得到功能梯度壳的模态频率,并通过文献结果及有限元验证模态方程的正确性;最后,研究非线性温升、孔隙率、S型分段体积分数指数、弹性基础等对功能梯度圆柱壳模态频率的影响。结果表明:温度梯度主要对圆柱壳振动波数低于4时的模态频率产生较大影响;增大S型体积分数指数不仅提高结构的模态频率,而且结构受温度的影响也越小;设计功能梯度圆柱壳内部含均匀分布孔隙或外部添加环向基础均可有效提高结构刚度。

关键词：孔隙功能梯度圆柱壳弹性基础 Rayleigh-Ritz法模态频率

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电机定子振动模态频率分裂特性分析

振动工程学报 2023年第4期36卷 953-962页

作者：徐港辉祝长生浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

有效抑制由电机径向电磁力激发的电机定子振动是实现电机减振降噪的一个重要途径,而对电机定子模态频率及模态振型的准确分析是抑制电机定子径向振动的基础。采用圆环的弹性力学解析模型作为电机定子振动的分析模型,对无约束状态下电机... 详细信息

有效抑制由电机径向电磁力激发的电机定子振动是实现电机减振降噪的一个重要途径,而对电机定子模态频率及模态振型的准确分析是抑制电机定子径向振动的基础。采用圆环的弹性力学解析模型作为电机定子振动的分析模型,对无约束状态下电机定子的模态进行分析,得到了电机定子径向振动模态频率和模态振型的解析解。以齿槽和底脚为典型附加结构,采用摄动法对电机定子模态频率的分裂现象进行分析,总结了频率分裂与否以及分裂阶次的判定准则。通过ANSYS有限元软件验证了理论方法和计算的有效性。结果表明,所建立的二维圆环模型可以准确、高效地应用于电机定子模态特性的分析;附加结构的分布形式对定子频率分裂特性具有重要的影响。

关键词：电机定子模态频率模态振型圆环模型频率分裂

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弹性支撑功能梯度微圆柱壳模态频率的研究

应用力学学报 2024年第1期41卷 216-224页

作者：吕志鹏刘文光刘超南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结... 详细信息

在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结果表明:微尺度下,弹性刚度系数在0~105N/m^(3)范围内对微圆柱壳的模态频率基本无影响,剪切刚度系数在0~5×10^(4)N/m范围内对模态频率的影响较大,且增大剪切刚度系数有益于提高微圆柱壳的模态频率;由修正的偶应力理论得到的模态频率大于由经典连续体理论得到的模态频率;在弹性支撑和尺寸效应有无考虑的4种组合下,模态频率随温度梯度和微圆柱壳长度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数的增大而增大,随孔隙体积分数和微圆柱壳厚度的变化规律不同;温度梯度对考虑尺寸效应或弹性基础的微圆柱壳模态频率影响较大,而孔隙调节具弹性支撑微圆柱壳的模态频率尤其显著。

关键词：热环境弹性支撑功能梯度材料微圆柱壳模态频率

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基于模态频率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测

振动与冲击 2020年第1期39卷 102-108页

作者：刘文光王耀斌南昌航空大学航空制造工程学院

从试验出发,研究了含V型缺口悬臂梁在循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展特性及其模态频率变化规律,分析了模态频率与裂纹扩展增量间的关联性。将裂纹扩展增量作为损伤参量,建立了基于模态频率下降率与损伤参量的关系。基于损伤力学,建立了... 详细信息

从试验出发,研究了含V型缺口悬臂梁在循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展特性及其模态频率变化规律,分析了模态频率与裂纹扩展增量间的关联性。将裂纹扩展增量作为损伤参量,建立了基于模态频率下降率与损伤参量的关系。基于损伤力学,建立了裂纹损伤与循环加载次数的演化模型。结合模态频率下降率与裂纹损伤参量的关系,提出了一种基于模态频率下降率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测方法,实现了基于当前裂纹损伤和对应循环次数的疲劳裂纹扩展剩余寿命预测。结果表明,模态频率下降率对缺口梁的疲劳裂纹扩展寿命敏感,该方法预测的疲劳裂纹扩展寿命与实测的疲劳裂纹扩展寿命基本吻合。

关键词：模态频率剩余寿命悬臂梁

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热环境对功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响

噪声与振动控制 2022年第1期42卷 28-33页

作者：吕志鹏刘文光刘超丰霞瑶张宇航南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

以热环境对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响为研究对象,首先在描述功能梯度薄壁圆柱壳模型和四种典型的热环境模型的基础上,通过Love薄壳理论得到了薄壁圆柱壳的应变能和动能,运用Rayleigh-Ritz法推导圆柱壳的模态频率方程。... 详细信息

以热环境对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响为研究对象,首先在描述功能梯度薄壁圆柱壳模型和四种典型的热环境模型的基础上,通过Love薄壳理论得到了薄壁圆柱壳的应变能和动能,运用Rayleigh-Ritz法推导圆柱壳的模态频率方程。然后分别以镍金属圆柱壳和镍钢功能梯度材料圆柱壳为对象,验证模态频率方程的合理性。最后分析不同温度场对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳环向振动和轴向振动模态频率的影响。结果表明:随着温度的升高,金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳的模态频率逐渐下降,均匀温度场下模态频率下降速率最快,其次是线性温度场和非线性温度场,热流温度场对模态频率的影响几乎可以忽略;热环境只影响模态频率的大小,不影响模态频率随波数的变化趋势。

关键词：振动与波功能梯度材料热环境圆柱壳模态频率

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大跨矮塔斜拉桥模态频率温度影响修正研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年第5期46卷 932-937页

作者：罗书舟张谢东赵家胜靳毅武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 中国市政工程中南设计研究总院有限公司武汉430010 内蒙古自治区乌海市公路养护中心乌海016000 乌海市交通建设工程质量监测鉴定站乌海016000

为修正温度对大跨矮塔斜拉桥模态频率的影响,以G110内蒙古乌海黄河特大桥为研究对象,采用有限元方法得到该桥模态频率理论计算值,基于健康监测系统1年的实测数据,运用NExT-FERA优化算法得到该桥模态频率的实测值.利用主成分分析法提取... 详细信息

为修正温度对大跨矮塔斜拉桥模态频率的影响,以G110内蒙古乌海黄河特大桥为研究对象,采用有限元方法得到该桥模态频率理论计算值,基于健康监测系统1年的实测数据,运用NExT-FERA优化算法得到该桥模态频率的实测值.利用主成分分析法提取模态频率中的温度主成分,并通过Matlab构建温度与模态频率之间的回归预测模型,获得模态频率的预测值,再结合理论值和实测值修正温度对模态频率的影响.结果表明:主成分分析法消除了模态频率之间显著的相关性,粒子群算法优化后的SVR模型预测精度更高、计算速度更快,修正温度影响后的模态频率不再跟随季节温度的变化而变化,其标准差大幅降低,验证了PSO-SVR模型对大跨矮塔斜拉桥模态频率温度影响修正的有效性.

关键词：大跨矮塔斜拉桥模态频率温度效应温度影响修正健康监测系统优化算法有限元法

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基于模态频率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型

推进技术 2019年第11期40卷 2571-2578页

作者：刘文光戴文柯南昌航空大学航空制造工程学院

针对机械结构裂纹扩展预测问题,研究了基于模态频率下降率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型。设计了V型缺口梁的疲劳裂纹扩展实验系统,完成了4个试件的模态频率和裂纹扩展实验测试。基于实验结果,讨论了影响V型缺口梁裂纹扩展行为的因素,应... 详细信息

针对机械结构裂纹扩展预测问题,研究了基于模态频率下降率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型。设计了V型缺口梁的疲劳裂纹扩展实验系统,完成了4个试件的模态频率和裂纹扩展实验测试。基于实验结果,讨论了影响V型缺口梁裂纹扩展行为的因素,应用Pairs模型拟合了V型缺口梁的裂纹扩展速率方程,探讨了模态频率下降率与应力强度因子的关系。结合模态频率下降率与裂纹扩展长度及循环加载次数的关系,建立了基于模态频率下降率的裂纹扩展速率模型。结果表明,V型缺口梁的裂纹扩展速率随模态频率下降率增加单调递增,裂纹尖端的应力强度因子幅值也随模态频率下降率增加单调递增,基于模型预测的裂纹扩展速率与实验结果基本吻合。所提出的基于模态频率的裂纹扩展速率模型有助于梁的裂纹扩展监测。

关键词：裂纹扩展速率模型缺口梁模态频率应力强度因子

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桥梁模态频率与运营环境作用的相关性

工程科学学报 2018年第3期40卷 276-284页

作者：周毅孙利民谢谟文乔兰北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

桥梁模态频率随运营环境作用的变化规律是结构健康监测的研究主题之一.根据东海大桥6 a监测数据的周期变化特性,识别了运营条件下主梁竖弯、侧弯、扭转基频变化的影响因素,采用偏相关系数和周期平均法对比了各因素的影响程度.研究发现,... 详细信息

桥梁模态频率随运营环境作用的变化规律是结构健康监测的研究主题之一.根据东海大桥6 a监测数据的周期变化特性,识别了运营条件下主梁竖弯、侧弯、扭转基频变化的影响因素,采用偏相关系数和周期平均法对比了各因素的影响程度.研究发现,东海大桥的模态频率存在1 a、1周、1 d、12.42 h等变化周期,与结构温度、交通荷载、风荷载、海面高度等的变化周期相吻合;结构温度和交通荷载是引起该桥频率变化的最主要因素,它们在各周期上的相对影响大小不同;周期平均法可有效分离监测数据中的年、周、天周期成分,揭示不同运营环境作用与频率变化的相关性.研究结果有助于加深对桥梁运营期频率变化的理解,从而更准确地评估结构性能.

关键词：桥梁模态频率运营环境作用相关性结构健康监测

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内环向加筋对功能梯度圆柱壳模态频率的影响

振动与冲击 2021年第24期40卷 255-262页

作者：刘超刘文光吕志鹏南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

研究了内环向加筋功能梯度(functionally graded materials,FGMs)圆柱壳的模态频率。首先,运用Mori-Tanaka模型建立分离式和整体式加筋FGMs圆柱壳的材料属性;然后,基于三阶剪切变形理论推导了加筋FGMs圆柱壳自由振动的能量模型;在此基础... 详细信息

研究了内环向加筋功能梯度(functionally graded materials,FGMs)圆柱壳的模态频率。首先,运用Mori-Tanaka模型建立分离式和整体式加筋FGMs圆柱壳的材料属性;然后,基于三阶剪切变形理论推导了加筋FGMs圆柱壳自由振动的能量模型;在此基础上,结合圆柱壳的最小势能原理与Rayleigh-Ritz法,推导了加筋FGMs圆柱壳的模态频率方程,通过算例验证了模型的正确性和有效性;最后,探讨了加筋设计方式、加筋数量和加筋位置对圆柱壳模态频率的影响。结果表明:分离式加筋对温度的敏感性更弱,但有利于提高圆柱壳的模态频率;加筋数目对圆柱壳模态频率的影响具有收敛性;加筋的非均匀位置参数与圆柱壳几何参数存在相互匹配关系,对圆柱壳模态频率的影响较为复杂;加筋截面高度相比截面宽度,对圆柱壳模态频率更为敏感。

关键词：功能梯度材料(FGMs) 圆柱壳加筋模态频率