含裂纹Timoshenko梁自由振动分析

提出了基于传递矩阵法的含裂纹Timoshenko梁自由振动分析方法。将含裂纹Timoshenko梁结构划分为裂纹、左段完整梁、右段完整梁三部分,梁内裂纹等效为无质量的扭转弹簧,分别推导出各部分的传递矩阵以及含裂纹Timoshenko梁的总体传递矩阵,根据具体的边界条件将总体传递矩阵简化成2×2的矩阵,并得到相应的解析频率方程,求解方程即可得到裂纹梁的各阶固有频率。通过数值算例验证了文中方法的有效性并得到相应结论。     

齐次边界条件下圆柱壳的自由振动研究

基于Flügge弹性薄壳理论研究圆柱壳在齐次边界条件下的自由振动问题.圆柱壳的自振频率通过位移控制方程和边界条件控制方程联立求解获得.引入一般形式的位移函数之后,位移控制方程能够得到关于频率和波数的频散图,联合边界条件后转化为8阶矩阵行列式的零点求解.讨论自振频率点在频散曲线中的位置,给出纯虚数曲线分支的含义.还讨论精确解和常用梁方法的联系,研究振型在3个频率区域变化的情况.     

含裂纹梁的模态与振动疲劳寿命分析

基于传递矩阵法和Paris公式,提出一种对含初始横向裂纹悬臂梁进行模态和振动疲劳寿命分析的理论方法.采用无质量弯曲弹簧来等效横向裂纹,弹簧刚度通过裂纹引起悬臂梁的局部柔度来表述,则整条悬臂梁被离散成弯曲弹簧连接的两段完整梁.根据Euler-Bernoulli梁理论,采用更精简方法推导出悬臂梁的特征传递矩阵,分析裂纹参数对悬臂梁前五阶模态的影响.通过同步分析法使得裂纹梁模态和疲劳裂纹扩展分析同时进行,采用Paris公式模拟疲劳裂纹的扩展速率,研究悬臂梁根部区域裂纹参数对悬臂梁振动疲劳寿命的影响.结果表明,疲劳裂纹对悬臂梁的各阶模态和振动疲劳寿命的影响很大,且悬臂梁根部区域的任意位置都可能发生疲劳断裂.     

应用微分求积法的旋转变截面梁振动分析

研究了截面高度沿纵向线性变化的旋转梁的振动特性。基于Hamilton原理导出了控制方程,该控制方程计及了向心力刚化效应,利用微分求积法将其谐和振动方程转化为代数方程。计算了前三阶固有频率并进行了对比,结果表明了该方法的精度和有效性。     

振动管流体密度计设计研究

从力学角度对欧拉—伯努利梁的简谐振动进行分析,推导出梁的横向振动方程;在考虑边界条件的情况下推导出两端固定梁的频率方程和主振型函数;建立主振型频率与相应密度的关系解析式,求解得到目标流体密度。以此为基础,文章提出了一种基于振荡管的新型流体密度测量方法(系统)。实验表明,相对于目前外业常用流体密度计,该流体密度计具有误差小于0.2%的高测量精度,且具有较好的抗恶劣环境的性能。     

齐次边界条件下圆柱壳的自由振动研究

基于Flügge弹性薄壳理论研究圆柱壳在齐次边界条件下的自由振动问题。圆柱壳的自振频率通过位移控制方程和边界条件控制方程联立求解获得。引入一般形式的位移函数之后,位移控制方程能够得到关于频率和波数的频散图,联合边界条件后转化为8阶矩阵行列式的零点求解。讨论自振频率点在频散曲线中的位置,给出纯虚数曲线分支的含义。还讨论精确解和常用梁方法的联系,研究振型在3个频率区域变化的情况。     

含裂纹损伤船体板板条梁的非线性动力响应

研究含裂纹损伤船体板板条梁两端固支,受横向阶跃均布载荷作用下的非线性动力响应问题。考虑横向剪切变形和几何非线性,根据Hamilton原理导出板条梁的非线性动力方程,并应用线弹簧理论将裂纹引入到动力方程中,用有限差分法对方程进行求解。文中讨论了裂纹的存在与否,载荷作用形式,裂纹长度和裂纹位置等因素对船体板板条梁的非线性动力响应的影响。     

不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析

[目的]为克服边界及弹性横向支撑对连续多跨梁振动特性研究的束缚,基于欧拉梁理论,建立一种多跨梁自由振动的分析模型。[方法]首先,构造新型改进傅里叶级数形式,用以表示多跨梁在整段上的横向位移函数;其次,将位移函数的级数表达式代入拉格朗日函数中,结合瑞利—里兹法,将自由振动问题变为标准矩阵特征值形式,以求解带有弹性支撑的多跨梁固有频率。[结果]通过在算例部分改变弹性支撑处的横向弹簧刚度值,即可获得中间含任意弹性支撑多跨梁的振动特性,所得结果与已有文献结果的比较充分验证了所提方法可行且正确。[结论]基于改进傅里叶级数法(IFSM),多跨梁振动特性的数值模拟可为多跨梁动态性能提供有效的前期预测手段。     

基于传递矩阵法的纵肋圆柱壳振动特性计算

基于传递矩阵法,结合振动微分方程,提出一种计算纵肋圆柱壳自由振动特性的周向传递矩阵法.该方法基于板壳理论和圆柱壳振动控制方程,推导出圆柱壳周向传递的场传递矩阵和纵肋处的点传递矩阵,结合圆柱壳边界条件,得到频率方程,利用精细时程积分法原理,可保证计算的精度.将计算结果与有限元解进行比较,验证方法的有效性,同时比较传递矩阵...     

损伤圆柱壳的振动功率流特性研究

研究了含有环向表面裂纹损伤的无限长圆柱壳中的波传播和振动功率流特性.用Flügge方程来描述圆柱壳的振动.对于裂纹损伤圆柱壳,运用断裂力学的理论,考虑到裂纹的张开、滑移和剪切三种状态建立了裂纹区域的局部柔度矩阵,得到由此引起的附加广义位移和壳体中内力之间的关系.根据裂纹两侧区域的位移和内力的连续性条件得到了四支反射波和四支透射波的幅值,继而求得壳体中各内力传播的功率流.分析了透射功率流、反射功率流与激励频率和裂纹尺寸之间的联系.文中的研究为基于振动功率流方法识别圆柱壳表面损伤提供了理论基础.     

基于振动的简支梁裂纹损伤识别研究

针对传统损伤检测对早期裂纹不敏感的问题,研究了基于振动的裂纹损伤检测。文中对简支梁的裂纹损伤进行了理论分析、数值模拟和实验研究,结果表明简支梁的各阶模态频率随着裂纹深度的的增加而减小,证实了基于模态频率检测裂纹损伤的可行性,为损伤的早期检测提供了依据。     

拉压载荷作用下裂纹板的振动研究

该文从理论上研究了受面内拉压载荷作用下裂纹板的振动问题。考虑各种参数,比如裂纹的长度、边界条件、载荷等对基频的影响。其结果与有限元进行了对比分析,得出频率随面内拉力的增大而增大,但随面内压力的增大而减小;此外,裂纹的尺寸与边界条件对频率的影响在文中也进行了详细的分析。     

Analytical and experimental study of free vibration of beams carrying multiple masses and springs

The structures in engineering can be simplified intoelastic beams with concentrated masses and elastic spring supports.Studying the law of vibration of the beams can be a help in guidingits design and avoiding resonance. Based on the Laplace transformmethod, the mode shape functions and the frequency equations ofthe beams in the typical boundary conditions are derived. Acantilever beam with a lumped mass and a spring is selected toobtain its natural frequencies and mode shape functions. Anexperiment was conducted in order to get the modal parameters ofthe beam based on the NExT-ERA method. By comparing theanalytical and experimental results, the effects of the locations ofthe mass and spring on the modal parameter are discussed. Thevariation of the natural frequencies was obtained with the changingstiffness coefficient and mass coefficient, respectively. The findingsprovide a reference for the vibration analysis methods and thelumped parameters layout design of elastic beams used inengineering.     

芯层可压缩的夹层梁动态刚度矩阵研究

该文推导了考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁的动态刚度矩阵,为动态刚度矩阵方法提供了一种新的单元类型。首先给出了一种考虑夹层梁芯层垂向压缩变形影响的夹层梁位移模式,推导了相应的夹层梁动能和势能,根据Hamilton原理推导了其控制微分方程,按动态刚度矩阵的一般推导过程推导了考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁动态刚度矩阵。计算结果表明文中推导的夹层梁动态刚度矩阵是正确可靠的;在夹层梁的动态刚度矩阵推导和高频振动计算中考虑芯层垂向压缩变形是合理的。     

一维弹性结构在理想流体中的模态特性研究

为研究一维弹性结构在理想流体中的模态特性,建立了流固耦合振动模型。基于流体无旋、无粘不可压缩的假设,求解流体域内的速度势,根据流场分析得到水压力,将脉动水压力加载在结构表面,得到结构在水中的振动方程,并利用瑞利-利兹法求解得到圆柱梁在水中振动的固有频率和振型。在此基础上,基于应变测试对水池中的悬臂梁结构进行了模态识别,实验结果与计算结果相当吻合。研究发现,由于附连水质量的影响,弹性结构在水中的固有频率低于其在空气中的,其振型与空气中的形状基本一致,但其节点会向自由端偏移。     

具有裂纹缺陷的加筋板的剩余拉伸强度分析

对具有裂纹缺陷的加筋板的剩余强度进行了数值分析.考虑了加筋板上的三种缺陷形式,即板和筋上的垂直裂纹,板和筋上的倾斜裂纹以及板上的裂纹和筋上的圆孔.对板和筋上的相对裂纹长度、材料属性、板和筋的厚度、裂纹开裂角度以及圆孔的直径等影响参数进行了分析.同时,将无加筋板剩余强度的经验公式推广到加筋板,并验证了公式的有效性.     

基于累积递增塑性变形的船体裂纹板断裂韧性研究

裂纹尖端张开位移（CTOD）是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。文章结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。文中基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

考虑焊接效应的T型对接接头裂缝中的应力集中因子异常现象的数值研究（英文）

Industry design standards such as BS 7910 deployed some empirical formulas for the prediction of stress intensity factor(SIF) based on simulation results from traditional finite element method(FEM).However,such FEM simulation occasionally failed to convince people due to the large discrepancies compared with engineering practice.As a consequence,inaccuracy predictions via such formulas in engineering standards inevitably occur,which will compromise the safety of structures.In our previous research work,an abnormal phenomenon of SIF in a cracked T-butt joint accounting for welding effect has been observed.Compared with BS 7910,the calculation results of SIF at the surface points of welded specimens cannot be well predicted,with a large discrepancy appearing.In order to explore such problem with an abnormal increase at the surface points of cracked welded specimens,a numerical investigation in terms of SIF among BS 7910,XFEM,and FEM is performed in this paper.Numerical models on both a simple cracked plate without welding effect and a cracked T-butt joint with welding effect are developed through ABAQUS.Parametric studies in terms of the effects of varied crack depth to thickness ratio(a/T) and the effects of crack depth to crack half-length ratio(a/c) are carried out.Empirical solutions from BS 7910 are used for comparison.It is found that the XFEM can provide predictions of SIF at both the crack deepest point and crack surface point of a simple cracked plate as accurate as FEM.For a T-butt joint with a transverse stiffener,a large discrepancy in terms of the weld magnification factors(Mk) occurs at the crack surface point compared with empirical predictions.An exceptional increase of von Mises stress gradient in regions close to the weld-toe is found through the simulation of FEM,whereas a constant stress gradient is obtained through XFEM.The comparison results indicate an inappropriate prediction of SIF by the utilization of the empirical formulas in BS 7910.A more reasonable prediction of the SIF at the surface point of a crack is obtained by the XFEM.Therefore,further updating of the empirical solutions in BS7910 for SIF accounting for welding effect is recommended.