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.     

一种准零刚度采集器的宽频振动能回收特性分析

为了拓宽振动能量采集器的频率带宽,给出一个准零刚度振动能量采集器,研究了该采集器的收集性能.该采集器由两个倾斜的线性弹簧和一个竖直的线性弹簧组成,两个倾斜的弹簧具有snap-through型负刚度特性,竖直的弹簧为线性刚度.改变竖直弹簧的刚度,采集器在平衡位置具有准零刚度的特征.基于电磁感应现象,建立采集器的机电耦合控制方程,利用谐波平衡法,求解采集器的动力学响应.计算发现采集器的幅频响应曲线具有5个解的双跳跃现象,先向左弯曲的软特性,再向右弯曲的硬特性.通过和相应线性采集器比较,发现该采集器频率带宽可以增加3.56倍,比等效线性采集器增加2.87倍.讨论了采集器参数对频率带宽的影响,数值结果验证了近似解析方法的正确性,为振动能量采集器的设计提供了一个新方案,为振动能量采集技术的研究提供了理论支撑.     

复合材料层合结构悬臂梁振动特性试验

以复合材料层合结构悬臂梁为研究对象，推导层合结构悬臂梁振动特性公式，计算层合梁的低阶固有频率。采用电测和光测两种试验方法，对复合材料层合结构悬臂梁的振动特性开展研究，并分析不同测试方法、传感器类型、测点数量、激励方式等对测试结果的影响。将理论与试验相结合，得到一种可应用于复合材料层合结构悬臂梁振动测试的试验方法。综合比较电测法与光测法中所有悬臂梁振动测试的试验方法，研究结果表明采用光纤式激光测振仪为优选。光纤式测振仪光学头与被测试件的垂直距离为0.5 m，采用锤击瞬态激励方式的采样时间为5 s，由该方法测量取得的悬臂梁振动试验数据误差最小。     

不同温度下含裂纹压气机叶片的模态特征和振动特性分析

本文选取含裂纹悬臂梁模拟含裂纹压气机叶片,基于无质量扭转弹簧和呼吸式裂纹刚度模型,得到一种不同环境温度下含裂纹压气机叶片的模态特征和振动特性的分析方法。通过弹性模量引入温度模块,利用无质量扭转弹簧连续条件得到关于含裂纹梁的特征方程,分析环境温度和裂纹深度对含裂纹梁固有频率的影响;利用悬臂梁的强迫弯曲振动方程,引入呼吸式裂纹刚度模型,改变激振力频率,分析环境温度及激振频率对含裂纹梁振动位移响应的影响。结果表明,环境温度越高,含裂纹梁的固有频率越小,梁的振动位移响应越大。同时,激振频率的选取也具有一定影响。     

含裂纹梁自由振动分析

研究了含常开裂纹矩形截面梁的自由振动问题.通过一计及裂纹对梁局部柔度影响的无质量扭簧模拟裂纹所在截面,建立起与含裂纹梁等效的力学模型;基于完整梁自由振动方程的基本解,推导出含裂纹梁的传递矩阵;以简支梁和悬臂梁为例,结合具体的边界条件,导出它们相应的频率方程.基于泰勒展开,给出了求解该频率方程的一种迭代算法.该文的方法能够简便地计算含裂纹梁的固有频率.     

一种用于潜艇冲击响应分析的结构建模方法

本文提出一种用于潜艇冲击响应分析的结构建模方法,将潜艇结构简化为等截面梁,计算结构振动频率,利用结构振动频率、水下爆炸冲击波能量和舱室破损数量构建潜艇结构总体模型。利用模块化设计方法设计和构建潜艇耐压壳体结构、舱壁结构、甲板结构和压铁,并参照实际情况设计各模块的组装方式。通过对结构各个模块基本参数的确定,对潜艇总体尺寸与质量、振动频率和重心位置等总体指标进行计算与控制,使得模型与实艇具有良好的一致性,为潜艇结构冲击响应分析提供手段。     

船舶结构节点的承载力分析

通过有限元程序ANSYS计算分析,针对船体的梁连接节点,探讨肘板尺寸变化对节点承载能力影响的变化规律,并对龙骨节点结构的几种常见形式进行强度和屈曲性能的对比。     

船舶艉轴架系统建模及振动特性分析

研究艉轴架系统的动力学特性对艉轴架设计、船舶设计及船舶尾部的振动控制具有重要意义.数值仿真是研究的重要手段之一,而合理有效的模型则是正确分析的基础.为此,在传统艉轴架系统梁模型的基础上,分别采用弹性连接梁模型、体一梁混合模型以及船体一艉轴架系统耦合模型对艉轴架的横向振动特性进行分析,并以试验测试数据为基础,对上述模型计算所得结果进行评价.结果表明：边界条件和构件连接方式对艉轴架的振动固有频率影响较大;在模型适用性上,弹性连接梁模型在工程计算中较以往的梁模型更合适,船体一艉轴架系统耦合模型适用于要求精度更高的研究.     

腹板开孔的H型梁在压弯载荷下的失效行为和强度试验研究

腹板开孔的H型钢梁在船舶,航空器和海洋平台结构作为受弯构件被广泛运用。已有众多文献报道过关于腹板开孔梁遭受腹板卷曲破坏的情况,但腹板开孔加强遭受面板屈曲的情况未有详尽调查。因此文中开展6组试件的试验研究来调查腹板开孔的H型梁的失效行为和极限承载力,结果显示开孔影响了试件屈曲波的长度和数量。该研究结果可用于几何尺寸相似的实际结构。     

薄腹板T型梁的稳定分析

通过薄腹板T梁的稳定性理论分析,推导出列车运营荷载作用下梁整体稳定极限承载力和腹板屈曲的极限承载力,并利用ANSYS对24m高强度混凝土T型梁进行了有限元分析。     

轴压复合材料柱形壳屈曲特性

以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为研究对象,得到复合材料柱形壳较为合理的结构尺寸、铺层方式,提高其轴向承载能力.首先,通过碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)材料单轴拉伸试验得到复合材料柱形壳试验样本的材料属性,用于柱形壳的计算与分析.其次,基于复合材料薄壳理论,得到轴压复合材料柱形壳屈曲临界载荷解析解,对比线弹性屈曲有限元分析,验证了理想柱形壳有限元模型建立的正确性.再次,由复合材料柱形壳缺陷测量试验得到其初始几何缺陷,由轴向压缩试验得到其轴压屈曲特性,对比非线性屈曲有限元分析,验证了缺陷柱形壳有限元模型建立的正确性.最后,结合线弹性屈曲分析结果,引入模态缺陷,从线弹性和非线性屈曲分析两个方面,研究铺层角、铺层数、各层纤维厚度、几何尺寸对复合材料柱形壳轴向承载能力的综合影响规律,得到各模型的屈曲特性与缺陷敏感性.从生产制造与工程实际出发,建立一种系统的CFRP型复合材料柱形壳设计计算流程、失稳分析方法,对于复合材料柱形壳的设计、校核、优化具有指导性作用.     

压缩载荷下钢质I型夹层梁极限承载能力分析

钢质Ⅰ型夹层结构作为一种潜在广泛应用于船舶工程的结构,其极限承载能力备受关注.本文研究压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁的极限承载能力,设计并开展缩比模型试验,掌握了钢质Ⅰ型夹层梁结构的极限承载特性.同时,建立了分析压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁极限承载能力的有限元模型,通过与试验数据对比,验证了数值预报结果的有效性.利用数值模型,探讨了钢质Ⅰ型夹层梁模型各部件厚度对其极限承载能力的影响规律.结果表明,改变下面板厚度对极限承载能力的影响最为敏感,芯层壁厚次之,而上面板厚度最为不敏感,相关研究结果对钢质Ⅰ型夹层结构的工程应用具有一定的指导意义.     

T梁徐变效应及其上拱度计算

介绍了如何利用ANSYS有限元软件分析预应力混凝土T梁的徐变及徐变对T梁上拱度的影响,以太中银高速铁路简支T梁为例,采用钢筋与混凝土分离式的方法建立T梁的空间模型,计算出徐变作用下T梁在存梁期内上拱度,并与实际测量结果进行了比较,误差控制在此10%以内,为更加有效地控制桥梁的施工后变形对轨道结构的影响和保证结构的施工质量及其使用性和安全性提供依据。     

液舱内不同结构形式对晃荡的影响分析

采用光滑粒子水动力学法( SPH)对二维晃荡问题进行了计算和分析.研究了“I”型和“T”型2种结构形式对矩形液舱内液体晃荡的抑制效果.通过对不同隔板尺寸的对比研究,得到了隔板高度和宽度对晃荡的影响作用.数值分析结果表明,“I”型和“T”型种防晃结构在高度为水深的60％～80％时具有很好的防晃效果.对于“T”型防晃结构,...     

平面钢框架结构简化为双翼鱼刺型振动模型的研究

对于平面钢框架结构,应用非线性静力分析法,借助于增值系数λ,提出了新的结构振动模型--双翼鱼刺型振动模型.然后选取5个结构算例,利用4种方法确定结构刚度矩阵后,采用3组地震波加速度时程离散值进行了地震响应弹性时程分析,验证了其合理性.该模型由于考虑到梁刚度对结构整体刚度的影响,比质点系剪切型振动模型具有很多优越性,不仅在弹塑性范围内能够得到精度较高的结果,而且具有输入数据简单、计算简便的特点,可为结构抗震工程计算和设计提供简便而有效的一种解析手段.     

水下爆炸气泡载荷作用下船体梁的动态水弹性响应

文章基于势流理论,针对水下爆炸气泡脉动载荷作用下船体梁的动态水弹性鞭状响应及其共振效应进行了研究。阐述了水下爆炸气泡与船体梁之间的流固耦合理论分析,并分别建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和一个船体梁的弹性响应的计算模型。文中以两条实船作为算例,研究了刚体运动对船体梁弹性振动响应的影响,分析了船体梁在气泡脉动载荷作用下产生的共振破坏的机理。     

开孔补强对受剪复合材料工字型梁腹板稳定性的影响研究

文章通过试验与数值仿真计算研究了开口与补强对复合材料工字型梁腹板稳定性的影响。含长圆形开口复合材料工字型梁腹板一端被固定在试验架上,另一自由端被施加竖向剪切载荷。运用有限元软件Nastran对两种不同类型的复合材料工字型梁腹板(带长圆形开口和带开口补强)进行仿真分析,利用线性屈曲计算得到屈曲荷载,通过非线性静力分析研究其后屈曲过程,并通过实验验证了数值模型和仿真计算结果。在非线性分析中对工字型梁载荷—挠度的响应进行了分析,并用"蔡吴失效准则"预测了工字型梁的首层破坏载荷。研究结果表明:工字型梁腹板的长圆形开口周边应力/应变集中现象显著,应变值为非开口区域的三倍以上;插层补强能有效地降低口边应力/应变集中程度,同时使其结构稳定性承载力提高88%,极限破坏载荷提高了46.3%。本研究可为指导含孔梁腹板结构优化设计及其在实际工程上的选型应用提供试前分析依据和参考思路。     

基于舰船振动信号激励下压电智能梁振动主动控制

为研究舰船结构振动主动控制有效方法,采用线性二次型独立模态空间控制法设计控制器,对舰船振动信号激励下压电智能梁的振动进行主动控制。基于Hamilton原理建立压电智能结构的有限元模型,并利用精细积分法计算前3阶模态的位移响应。编制了相应的计算机程序,对舰船振动信号激励下梁结构的振动进行主动控制数值仿真。由仿真结果可见,控制可以有效地实现,为舰船结构振动主动控制提供理论基础。     

结构振动模型和刚度矩阵对地震响应影响研究

对平面钢框架算例模型分别采用质点系、双翼鱼刺型和杆系振动模型输入天然和人工地震波进行地震响应时程分析.在分析中,与质点系振动模型相关的结构侧移刚度矩阵由反弯点法、D值法、非线性静力分析法以及柔度法确定;与双翼鱼刺型振动模型相关的结构侧移刚度矩阵由双鱼刺法确定;与杆系振动模型相关的结构侧移刚度矩阵由矩阵位移法确定.通过算例讨论了采用上述不同方法确定的结构侧移刚度对结构地震响应影响.     

接触爆炸作用下舰船箱型梁结构的止裂效应仿真分析

为研究箱型梁在舰船结构抗爆中的止裂效应,首先通过模型试验分析不同加筋对板架破口大小和裂纹扩展的影响,然后在此基础上,利用商用有限元程序MSC/Dytran对舰船箱型梁结构的抗爆止裂效果进行仿真分析。结果表明,在接触爆炸下,板架的强力构件(如特大筋)对破口大小和裂纹扩展能起到很好的限制作用;通过将模型数值计算与试验结果进行比较,验证了应用程序和计算模型参数的稳定性与可靠性;箱型梁在舰船结构抗爆中能起到很好的止裂效果,这是由于一方面箱型梁的存在对甲板边板和舷侧顶板以及两者之间的连接进行了加强,减小了甲板和舷侧外板连接处的应力,另一方面,作为舰船整体结构的强力构件,箱型梁本身就能有效阻止破口及其裂纹的扩展,从而大大降低舰船结构整体的毁伤程度。