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点阵夹芯梁的自由振动特性研究

机械设计与制造 2024年第11期405卷 31-36,40页

作者：农立彦卢福聪吴泽伟何宗誉广西大学土木建筑工程学院广西南宁530000

这里推导出了两端简支金字塔型点阵夹芯梁的线性动力学方程,得到了点阵夹芯梁固有频率的理论解,并采用有限元数值模拟进行验证,结果表明论文的理论解与数值解一致;在此基础上,再进一步推导了不同拓扑结构的点阵夹芯梁的线性动力学方程,... 详细信息

这里推导出了两端简支金字塔型点阵夹芯梁的线性动力学方程,得到了点阵夹芯梁固有频率的理论解,并采用有限元数值模拟进行验证,结果表明论文的理论解与数值解一致;在此基础上,再进一步推导了不同拓扑结构的点阵夹芯梁的线性动力学方程,分析了芯层间芯子中心节点和结构参数对点阵夹芯梁固有频率的影响。结果表明,芯层间芯子中心节点会增强弯曲刚度使点阵夹芯梁的固有频率变大,点阵夹芯梁的固有频率随梁的长度的增加而减小,随芯层的高度的增加而增加,随芯杆半径的增大先增大后减小。论文的研究结论对点阵夹芯梁结构参数的合理设计有一定的指导意义。

关键词：点阵夹芯梁自由振动固有频率动力学方程有限元

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泡沫增强复合材料点阵夹芯梁抗冲击性能

高压物理学报 2022年第1期36卷 113-122页

作者：王春国文安松范子豪黄威中国船舶重工集团公司第七一九研究所湖北武汉430064 华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074

基于考虑分层失效和渐进损伤的三维Hashin失效准则,对复合材料点阵夹芯梁结构及其泡沫增强夹芯结构开展了局部冲击加载下的数值模拟分析,研究了冲击强度及泡沫增强效应对复合材料点阵夹芯梁结构抗冲击性能的影响。通过与实验的对比分析... 详细信息

基于考虑分层失效和渐进损伤的三维Hashin失效准则,对复合材料点阵夹芯梁结构及其泡沫增强夹芯结构开展了局部冲击加载下的数值模拟分析,研究了冲击强度及泡沫增强效应对复合材料点阵夹芯梁结构抗冲击性能的影响。通过与实验的对比分析,验证了数值模型的有效性。结果显示,冲击强度的变化对结构的动态响应、失效模式及能量耗散形式都有明显的影响。泡沫增强效应使结构的横向变形响应速度降低,并且随着冲击强度的增加尤为敏感。泡沫芯材的压缩和开裂失效使得结构保持良好的完整性和更低的损伤程度,有效地降低了其他组分的能量吸收比,表明泡沫填充有效地提升了复合材料点阵梁结构在局部冲击载荷作用下的防护效能。

关键词：复合材料点阵夹芯梁抗冲击性能

金字塔型点阵夹芯梁的振动特性分析及裂纹识别研究

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金字塔型点阵夹芯梁的振动特性分析及裂纹识别研究

作者：施月奇天津理工大学

学位级别：硕士

点阵夹芯结构广泛应用于航空航天、交通、海洋采油等领域,由于这些领域的工作环境十分复杂,对结构及构件的力学特性要求非常严格,所以,对点阵夹芯结构进行力学研究具有重要的意义。本文针对无损伤以及含蒙皮裂纹的金字塔型点阵夹芯梁,... 详细信息

点阵夹芯结构广泛应用于航空航天、交通、海洋采油等领域,由于这些领域的工作环境十分复杂,对结构及构件的力学特性要求非常严格,所以,对点阵夹芯结构进行力学研究具有重要的意义。本文针对无损伤以及含蒙皮裂纹的金字塔型点阵夹芯梁,从理论和数值模拟两方面研究其振动特性,分析了芯层结构参数及裂纹参数对简支点阵夹芯梁固有频率的影响;分析了点阵夹芯梁在稳态振动中,不同芯层结构参数影响下的非线性动力学行为,得到不同裂纹及芯层结构参数下金字塔型点阵夹芯梁的非线性动力学行为变化的规律。基本研究内容如下:研究了金字塔芯层点阵夹芯梁的自由振动和非线性受迫振动特性。基于折线理论推导出两端简支金字塔型点阵夹芯梁的非线性动力学方程。计算点阵夹芯梁固有频率并与由三阶剪切变形理论和有限元仿真所得结果进行比较。分析了杆件半径、杆件倾斜角度和芯层高度对点阵夹芯梁固有频率的影响。研究了点阵夹芯梁在不同激励幅值和不同芯层结构参数下的非线性幅频响应特性。研究结果表明,随着杆件半径或杆件倾斜角度的增大,夹芯梁的固有频率呈先增大后减小的变化规律。并且,芯层结构参数对点阵夹芯梁的非线性响应存在复杂影响。研究了含蒙皮呼吸裂纹金字塔型点阵夹芯梁的振动特性。基于能量法得到无缺陷夹芯梁的动力学方程,将夹芯梁当作均质梁处理,将附加柔度引入无缺陷夹芯梁的动力学方程,从而得到含蒙皮裂纹夹芯梁的动力学方程。计算点阵夹芯梁的一阶固有频率并与有限元仿真结果进行比较,验证理论模型的正确性。分析裂纹深度和裂纹位置对含蒙皮裂纹夹芯梁固有频率的影响。运用频率响应曲线、波形图和相图研究了裂纹参数对夹芯梁稳态振动响应的影响。研究结果显示,超谐激励下的振动响应对裂纹参数的变化较为敏感,利用超谐共振相图的几何特征可以对裂纹参数进行识别。

关键词：振动分析点阵夹芯梁非线性幅频响应裂纹诊断力学模型呼吸裂纹

气动环境下点阵夹芯梁镍钛合金钢丝绳非线性减振

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气动环境下点阵夹芯梁镍钛合金钢丝绳非线性减振

作者：陈西超沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

点阵夹芯结构作为一种性能优良的承载结构在航空技术领域中应用广泛,具有高比刚度、高比强度以及出色的质量效率。但在较大的气动力、弹性力、惯性力和温度载荷的耦合作用下结构会产生不可忽略的横向振动,这对于结构的可靠性与安全性极... 详细信息

点阵夹芯结构作为一种性能优良的承载结构在航空技术领域中应用广泛,具有高比刚度、高比强度以及出色的质量效率。但在较大的气动力、弹性力、惯性力和温度载荷的耦合作用下结构会产生不可忽略的横向振动,这对于结构的可靠性与安全性极为不利。本文研究了一种新型的镍钛合金钢丝绳(NiTi-ST)减振器来对气动环境中的点阵夹芯梁结构进行振动控制,这种减振器具有突出的非线性与迟滞效应。首先,引入经典描述迟滞恢复力的Bouc-Wen模型微分方程,通过恢复力曲面法对NiTi-ST进行多项式拟合结果的参数识别。NiTi-ST安装在点阵夹芯梁的中间上表面,耦合模型的运动微分方程通过哈密顿原理与假设模态法进行建立,根据冯卡门大挠度理论引入结构应变-位移关系,气动活塞理论用于描述非定常气动压力。通过龙格库塔算法对系统进行了数值求解,分析了系统能量的耗散效果,采用标准特征值方法分析了NiTi-ST对结构的颤振控制。数值结果表明,识别的NiTi-ST多项式结果与Bouc-Wen模型具有良好的一致性,使用NiTi-ST能够有效控制不同飞行环境与不同温度变化下的振幅,将结构的大部分能量耗散掉,同时能够对颤振行为进行控制,尤其是在颤振点处的效果最为明显。然后考虑了热效应的影响,结果表明,温度升高会导致点阵夹芯结构固有频率下降,极限环运动的幅值增大,使用NiTi-ST可以显著抑制气动热环境中点阵夹芯梁的过度振动,改善颤振后的极限环运动。本文的研究为气动环境下点阵夹芯结构的振动控制提供一种新的方法。

关键词：气动环境镍钛合金钢丝绳点阵夹芯梁热效应非线性振动控制

非均匀热环境下复合材料点阵夹芯梁的非线性振动及响应特性

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非均匀热环境下复合材料点阵夹芯梁的非线性振动及响应特性

作者：王春晓北京工业大学

学位级别：硕士

点阵夹芯结构是一种集超轻、高强韧、散隔热性能好、可设计性强等优点于一体的创新型结构,优异的防热和承载性能使其能够适应高超声速长时间飞行环境的要求,在新一代高超声速飞行器防热/承载一体化热防护领域有着巨大的应用前景。点阵... 详细信息

点阵夹芯结构是一种集超轻、高强韧、散隔热性能好、可设计性强等优点于一体的创新型结构,优异的防热和承载性能使其能够适应高超声速长时间飞行环境的要求,在新一代高超声速飞行器防热/承载一体化热防护领域有着巨大的应用前景。点阵夹芯结构作为一种新型热结构材料,其在力-热复合环境下的动态响应特性是一体化热防护系统动力学建模和响应预示技术的基础。因此,开展高温环境下复合材料点阵结构非线性振动及响应特性的研究具有重要的工程应用价值和科学意义。现阶段,国内外许多学者对高温条件下点阵夹芯结构的动力学特性展开了研究,但是所考虑的温度载荷多为沿结构厚度方向均匀分布的形式,这与高超声速飞行器结构在实际服役环境下的非均匀受热有差异,因此,不能准确刻画复合材料点阵结构在高超声速服役环境下的动力学特性。本文以复合材料点阵夹芯梁为研究对象,考虑材料特性的温度依赖性和温度的大梯度分布特征,发展一种改进的力-热耦合非线性动力学模型,通过对典型点阵梁结构进行参数分析,揭示温度分布、几何参数、复合材料参数等因素对点阵夹芯梁非线性振动和响应特性的影响规侓,主要研究内容包括:(1)提出一种可反映点阵结构受非均匀温度载荷的力学参数等效方法。通过求解点阵单胞的一维稳态导热微分方程,得到沿单胞桁架杆长方向的温度分布,考虑材料的温度依赖性,得到弹性模量与桁架位置的映射关系。通过对非均匀高温环境下点阵单胞的细观力学分析,得到外力与桁架之间的关系,最终得到芯层在非均匀热环境下的剪切刚度,并通过有限元仿真验证等效模型的正确性。(2)建立复合材料点阵结构非线性机-热耦合动力学模型。以具有功能梯度复合材料(FGM)面板的金字塔型点阵夹芯梁为研究对象,通过本文提出的点阵结构非均匀热环境下的力学参数等效方法,得到点阵夹芯梁在非均匀温度场下的等效模型。基于von Kármán几何非线性理论和经典梁理论,建立非线性应变-位移关系,采用拉格朗日方程推导结构的动力学控制方程,利用直接迭代法、Newton-Raphson迭代技术和Newmark-β迭代法,求解夹芯梁在热环境下的非线性振动以及响应。针对非均匀热环境、FGM面板、外部载荷和核心对夹芯梁非线性振动和响应的影响进行综合参数研究。(3)提出新型石墨烯增强复合材料(GPLRC)点阵夹芯结构并研究夹芯梁的非线性振动特性。夹芯梁的面板和芯层均由石墨烯增强纳米复合材料制成,采用Halpin-Tsai细观力学模型结合混合规则计算GPLRC的有效弹性模量等参数;通过对复合材料单胞的细观力学分析得到了结构的宏观力学特性,并采用动力学与控制基本理论与方法建立跨尺度的动力学控制方程并进行求解。开展参数分析,探究非均匀温度分布、GPL质量分数和分布形式等因素对结构非线性振动和响应的影响规律和机理。(4)研究高温环境下纳米复合材料点阵夹芯梁在超声速气流中的稳定性。采用一阶超音速活塞理论建立结构和超音速气流之间的作用关系,考虑热环境的影响,并采用Language方程建立复合材料点阵结构在超声速气流中的动力学控制方程,通过求解夹芯梁的临界颤振气动压力和瞬态响应,研究夹芯梁的气动热弹性特性,分析非均匀温度分布、GPL材料参数和边界条件对点阵夹芯梁颤振特性的影响。

关键词：非均匀热环境石墨烯增强复合材料点阵夹芯梁非线性振动及响应气动热弹性

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八角桁架点阵夹芯梁的振动特性分析

八角桁架点阵夹芯梁的振动特性分析

增材制造BCCZ点阵夹芯梁结构的自由振动分析

北京力学会第26届学术年会

作者：魏南叶红玲张行北京工业大学机械工程与应用电子技术学院泰山学院机械与建筑工程学院

点阵夹芯梁是一种由上下蒙皮和中间点阵芯层组成的新型轻质多功能结构,该结构形式独特,其力学性能分析较为复杂。本文通过有限元仿真,采用模态分析方法,讨论了杆件半径和蒙皮厚度对点阵夹芯梁固有频率的影响规律。

关键词：点阵夹芯梁有限元振动特性模态分析固有频率

来源： cnki会议评论

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振动与冲击 2023年第1期42卷 318-325页

作者：张武昆谭永华高玉闪王珺赵剑耿小亮西安航天动力研究所西安710100 西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室西安710100 航天推进技术研究院西安710100 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法,获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备... 详细信息

通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法,获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备了BCCZ点阵夹芯梁试件,进行了模态试验,有限元和试验验证了理论模型的准确性。然后研究了胞元直径、面板厚度和芯子高度等结构几何参数和材料性能对BCCZ点阵结构振动性能的影响规律。结果表明:减小胞元直径,减小面板厚度,提高芯子高度均可以提高BCCZ点阵夹芯梁结构的一阶固有频率参数(一阶固有频率与同质量同面板面积的实体结构之比),胞元直径的影响最明显。面板-芯子-面板材料组合为钛-铝-钛时一阶固有频率最高。研究结果对BCCZ点阵夹芯结构的设计及工程应用具有一定的指导意义。

关键词：点阵夹芯梁自由振动固有频率增材制造有限元

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金字塔型点阵夹芯梁振动特性分析

动力学与控制学报 2017年第4期15卷 314-323页

作者：施月奇陈建恩葛为民刘军王肖锋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384

研究了金字塔芯层点阵夹芯梁的自由振动和非线性受迫振动特性.基于折线理论推导出两端简支金字塔型点阵夹芯梁的非线性动力学方程.计算点阵夹芯梁固有频率并进行了验证.分析了杆件半径、杆件倾斜角度和芯层高度对点阵夹芯梁固有频率的影... 详细信息

研究了金字塔芯层点阵夹芯梁的自由振动和非线性受迫振动特性.基于折线理论推导出两端简支金字塔型点阵夹芯梁的非线性动力学方程.计算点阵夹芯梁固有频率并进行了验证.分析了杆件半径、杆件倾斜角度和芯层高度对点阵夹芯梁固有频率的影响.研究了点阵夹芯梁在不同激励幅值和不同结构参数下的非线性幅频响应特性.结果表明,随着各结构参数的增大,夹芯梁的固有频率均呈先增大后减小的变化规律,并且芯层结构参数对点阵夹芯梁的非线性响应存在复杂影响.

关键词：振动分析点阵夹芯梁非线性幅频响应结构参数固有频率

基于靶向能量转移原理的点阵夹芯梁振动控制研究

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