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偏心效应下大范围转动弹性梁振动特性分析
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作者 赵磊 闫照方 +1 位作者 赵新华 刘培昌 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第1期78-85,共8页
计及转子偏心效应,借助转子动力学理论,应用Galerkin法和Hamilton原理建立电机-弹性梁系统动力学模型;采用Runge-Kutta法实现动力学解耦,解析不同速度下大范围转动弹性梁的动力学特性,对比分析电机转子动偏心、静偏心与转动梁振动特性... 计及转子偏心效应,借助转子动力学理论,应用Galerkin法和Hamilton原理建立电机-弹性梁系统动力学模型;采用Runge-Kutta法实现动力学解耦,解析不同速度下大范围转动弹性梁的动力学特性,对比分析电机转子动偏心、静偏心与转动梁振动特性的耦合关系。研究结果表明:转子动偏心与系统动力学响应呈现强耦合,动偏心距达到0.5 mm时,转动梁振幅高达2 mm;而静偏心距由0 mm增至0.5 mm时,其振幅均为0.178 mm,后续研究可忽略静偏心因素;随着角速度提高至150 rad/s时,在转子动偏心的作用下,弹性梁振动由周期振动变为非周期振动,也是该类机构高速下呈现不同程度的突发性或间歇性振动的主要原因之一。 展开更多
关键词 大范围转动 弹性梁 动偏心 静偏心 动静混合偏心
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平行不对中约束下大范围转动弹性梁非线性动力学建模与振动机制
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作者 赵磊 翟冉 +2 位作者 闫照方 矫立宽 彭志 《机床与液压》 北大核心 2024年第18期143-148,242,共7页
为了有效抑制或消除不对中约束响应,研究其非线性动力学特性和振动机制。针对柔性大范围转动弹性梁机构,综合应用Galerkin法和Hamilton原理建立转动梁的动力学模型。借助转子动力学理论和拉格朗日法推导联轴器平行不对中运动学约束方程... 为了有效抑制或消除不对中约束响应,研究其非线性动力学特性和振动机制。针对柔性大范围转动弹性梁机构,综合应用Galerkin法和Hamilton原理建立转动梁的动力学模型。借助转子动力学理论和拉格朗日法推导联轴器平行不对中运动学约束方程。基于运动学约束关系,利用行波叠加原理构建弹性梁在平行不对中约束下的非线性动力学模型。应用高阶Runge-Kutta法分析弹性梁非线性动力学行为。研究结果表明:转速为10 rad/s时,联轴器不对中量对弹性梁的动力学特性影响较小。当转速为150 rad/s、不对中量从0增加到0.50 mm时,梁的横向振幅则由0.18 mm激增到10.06 mm,提高了2个数量级,而纵向振幅也由0.13 mm增至7.30 mm,表明高速下不对中量与系统稳定性存在强耦合,其微小变化会引起显著的突发性、非线性激振。转速和不对中量的增加会增大联轴器离心力且呈倍频、径向交替变化,引起转动梁的外激励突变导致系统快速失稳,这也是大型旋转机械运行速度不高的重要原因。 展开更多
关键词 弹性梁 GALERKIN法 平行不对中约束 非线性动力学 稳定性
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考虑地层横观各向同性的地铁临近环境减隔振超结构
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作者 庄晓莹 蔡润成 金亚斌 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1024-1031,共8页
基于能带理论的减隔振超结构由于其禁带特性而受到了广泛的关注,其中局域共振禁带对小尺寸结构实现低频减隔振具有重要意义,并被应用于地层土体表面波和体波减隔振。然而目前绝大多数研究集中于各向同性土体。考虑地层土体横观各向同性... 基于能带理论的减隔振超结构由于其禁带特性而受到了广泛的关注,其中局域共振禁带对小尺寸结构实现低频减隔振具有重要意义,并被应用于地层土体表面波和体波减隔振。然而目前绝大多数研究集中于各向同性土体。考虑地层土体横观各向同性,研究二维橡胶-混凝土超结构对地铁振动的减隔振特性,对比分析了混凝土半径、橡胶厚度和土体各向异性对超结构全向禁带的影响。在此基础上建立不同方向透射和全尺寸透射模型,验证了弹性波在超结构禁带频率内能够有效衰减。探索了土体各向异性对减隔振超结构性能的影响,能够为地铁临近环境减隔振设计和分析提供参考及指导。 展开更多
关键词 横观各向同性 地铁振动 减隔振超结构 能带理论 透射传输
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圆柱壳体动力响应中的模态参与问题研究 被引量:1
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作者 徐港辉 祝长生 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期83-94,共12页
以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应... 以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应,基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明,与圆柱壳体模态特性分析不同,在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响;冲击激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关;旋转行波激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。 展开更多
关键词 圆柱壳体 正余弦模态 模态参与 模态叠加 模态截断 动力响应
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双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析
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作者 徐宏达 王宇 +2 位作者 菅泽 李学辉 于晓光 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期110-119,共10页
采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导... 采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。 展开更多
关键词 金属-陶瓷基 石墨烯片增强 旋转圆柱壳 Halpin-Tsai模型 传递矩阵法 行波振动
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分数阶粘弹性地基上裂纹梁的自由振动
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作者 张骏 魏培君 +1 位作者 周小利 王刚 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期877-886,共10页
本文研究了分数阶粘弹性Pasternak地基上含多裂纹Euler梁的自由振动问题.首先,引入分数阶导数概念,建立粘弹性Pasternak地基模型,推导出地基应力-应变本构的复模量以及地基反力.其次,将裂纹等效成无质量扭转弹簧,借助于裂纹能量释放率... 本文研究了分数阶粘弹性Pasternak地基上含多裂纹Euler梁的自由振动问题.首先,引入分数阶导数概念,建立粘弹性Pasternak地基模型,推导出地基应力-应变本构的复模量以及地基反力.其次,将裂纹等效成无质量扭转弹簧,借助于裂纹能量释放率和应力强度因子的关系,推导出梁的局部柔度.然后,基于传递矩阵方法,建立含多裂纹梁的分段传递矩阵进而得到总体传递矩阵.最后,基于梁的边界条件,建立求解裂纹梁的复固有频率及振型的线性代数方程组,数值求解得到含多裂纹梁的固有频率及振型.以含双裂纹的两端简支Euler梁为例,数值计算了复固有频率和振型.并基于曲率模态分析裂纹位置对复固有频率和振型的影响.数值结果揭示了粘弹性地基的分数阶系数、粘性系数以及裂纹位置和裂纹深度对复固频率和振型的影响规律. 展开更多
关键词 裂纹梁 分数阶导数 粘弹性地基 复固有频率 局部柔度法 传递矩阵法
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基于格林函数正交各向异性切口板自由振动特性分析
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作者 杨永育 李腾岳 +2 位作者 程长征 赵航 葛仁余 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期182-187,201,共7页
正交异性板因重量轻、承载能力强等优点而被广泛运用于工程结构。基于格林函数,结合新兴的近场动力学微分算子(peridynamic differential operator, PDDO),提出一种分析正交各向异性板自由振动特性的方法。首先,将振动控制方程中的位移... 正交异性板因重量轻、承载能力强等优点而被广泛运用于工程结构。基于格林函数,结合新兴的近场动力学微分算子(peridynamic differential operator, PDDO),提出一种分析正交各向异性板自由振动特性的方法。首先,将振动控制方程中的位移函数假设为含格林函数的一阶积分形式;其次,将线性四阶偏微分方程分别在切口板的径向和周向离散成代数方程;最后,通过PDDO构造插值函数表示径向和周向非公共离散点位移,建立自由振动广义特征方程,获得正交各向异性切口板自振频率及振型,证明了该方法的准确性,并分析切口几何参数对结构振动特性的影响规律,为板壳结构设计提供支撑。 展开更多
关键词 正交各向异性切口板 自由振动 格林函数 近场动力学微分算子(PDDO)
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欧拉-伯努利直梁弯曲振动内力解的一种新形式
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作者 郝志伟 刘荣刚 陈再现 《力学与实践》 2024年第1期170-174,共5页
针对欧拉-伯努利直梁受简谐载荷作用下的弯曲振动问题,在得到响应后再次采用达朗贝尔原理,给出了一种新形式的弯曲振动内力解,该解直观显示了简谐力和惯性力对弯曲振动内力的贡献。基于傅里叶级数严格证明了其与教材中利用梁挠曲线近似... 针对欧拉-伯努利直梁受简谐载荷作用下的弯曲振动问题,在得到响应后再次采用达朗贝尔原理,给出了一种新形式的弯曲振动内力解,该解直观显示了简谐力和惯性力对弯曲振动内力的贡献。基于傅里叶级数严格证明了其与教材中利用梁挠曲线近似微分方程和弯曲内力微分关系求出的内力完全等价,为加深理解及应用傅里叶级数、静力学理论、达朗贝尔原理和梁弯曲理论提供了一个综合性较高的案例,期望能助力提升基础力学教学效果。 展开更多
关键词 欧拉-伯努利梁 弯曲内力 达朗贝尔原理 傅里叶级数
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轻敲式原子力显微镜相位成像的理论和实验研究
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作者 曾瑜 刘国林 +1 位作者 关睿 魏征 《力学与实践》 2024年第5期930-937,共8页
原子力显微镜有多种成像模式,轻敲模式是最为常用的扫描方式。轻敲模式能获取样品表面的高度信息和相位信息,其中相位信息具有更多的价值,其能反应样品表面的物理性质。为了理解原子力显微镜的相位成像机理,本文分别使用振动理论和能量... 原子力显微镜有多种成像模式,轻敲模式是最为常用的扫描方式。轻敲模式能获取样品表面的高度信息和相位信息,其中相位信息具有更多的价值,其能反应样品表面的物理性质。为了理解原子力显微镜的相位成像机理,本文分别使用振动理论和能量理论推导了相位的理论表达式,发现两种理论方法所得到的相位表达式在本质上是一致的,并由理论结果得知相位与背景耗散和激励频率直接相关。其中背景耗散品的存在会掩盖样品表面的信息,降低相位对比度;而激励频率也会对相位产生极大的影响。本文通过理论和实验分析,发现在扫描过程中存在一个使得相位对比度达到最大的最优激励频率。这些结果对于解释原子力显微镜的相位像,进而在实验中优化相位成像具有重要意义。 展开更多
关键词 轻敲式原子力显微镜 相位成像机理 相位对比度 能量耗散 激励频率
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转子偏心效应下大范围转动弹性梁外激励非线性动力学行为与振动机制
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作者 赵磊 翟冉 +1 位作者 闫照方 矫立宽 《机床与液压》 北大核心 2024年第7期6-14,共9页
为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用... 为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用时、频域分析法解析转子偏心效应下弹性梁的振动机制以及外激励下的频谱响应特性。研究结果表明:外激励响应在转子偏心效应下会衍生新的低频谐波分量,转速和激励幅值的增加会导致频域内多个低频谐波分量高于主振,易引发不同程度的间歇性振动;外激励频率提高会引起频域谱峰后移,数值仿真5~35 Hz频段的外激励,当频率为25 Hz时其低频谐波分量是主振幅值的2倍,高达0.181 mm,进而呈现明显的外激励突发性激振。因此,借助时、频域分析可有效解析具有随机性的间歇性或突发性振动产生机制,可为大型旋转柔性机械的动力学优化设计提供重要的理论基础和数据支持。 展开更多
关键词 大范围转动弹性梁 刚-柔耦合动力学模型 转子偏心效应 外激励 振动机制
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磁机械振荡器模型的弹簧片运动参数探究
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作者 肖竹 谢佳伶 +1 位作者 肖国梁 顾吉林 《大学物理实验》 2024年第5期44-53,共10页
针对磁机械振荡器模型中弹簧片在磁场中不断振荡的现象,利用Hook定律和电磁学基本相互作用关系式,对弹簧片建立二维动力学理论模型、构建二阶常微分方程,得到弹簧片振幅和能量的影响因素。通过控制单一变量法进行实验探究,以及利用Trac... 针对磁机械振荡器模型中弹簧片在磁场中不断振荡的现象,利用Hook定律和电磁学基本相互作用关系式,对弹簧片建立二维动力学理论模型、构建二阶常微分方程,得到弹簧片振幅和能量的影响因素。通过控制单一变量法进行实验探究,以及利用Tracker软件对实验视频逐帧追踪分析,结合Matlab仿真,将实验结果与理论进行对比分析,五组实验的平均相对误差分别为3.21、1.83、2.67、1.98和2.36%,为磁机械振荡器的相关研究提供了理论支撑和实验方法。 展开更多
关键词 磁机械振荡器 弹簧片 振幅 频率 能量
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Nonlinear dynamics of a circular curved cantilevered pipe conveying pulsating fluid based on the geometrically exact model
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作者 Runqing CAO Zilong GUO +2 位作者 Wei CHEN Huliang DAI Lin WANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第2期261-276,共16页
Due to the novel applications of flexible pipes conveying fluid in the field of soft robotics and biomedicine,the investigations on the mechanical responses of the pipes have attracted considerable attention.The fluid... Due to the novel applications of flexible pipes conveying fluid in the field of soft robotics and biomedicine,the investigations on the mechanical responses of the pipes have attracted considerable attention.The fluid-structure interaction(FSI)between the pipe with a curved shape and the time-varying internal fluid flow brings a great challenge to the revelation of the dynamical behaviors of flexible pipes,especially when the pipe is highly flexible and usually undergoes large deformations.In this work,the geometrically exact model(GEM)for a curved cantilevered pipe conveying pulsating fluid is developed based on the extended Hamilton's principle.The stability of the curved pipe with three different subtended angles is examined with the consideration of steady fluid flow.Specific attention is concentrated on the large-deformation resonance of circular pipes conveying pulsating fluid,which is often encountered in practical engineering.By constructing bifurcation diagrams,oscillating shapes,phase portraits,time traces,and Poincarémaps,the dynamic responses of the curved pipe under various system parameters are revealed.The mean flow velocity of the pulsating fluid is chosen to be either subcritical or supercritical.The numerical results show that the curved pipe conveying pulsating fluid can exhibit rich dynamical behaviors,including periodic and quasi-periodic motions.It is also found that the preferred instability type of a cantilevered curved pipe conveying steady fluid is mainly in the flutter of the second mode.For a moderate value of the mass ratio,however,a third-mode flutter may occur,which is quite different from that of a straight pipe system. 展开更多
关键词 curved pipe conveying fluid pulsating fluid geometrically exact model(GEM) nonlinear dynamics parametric vibration FLUTTER
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An electromagnetic semi-active dynamic vibration absorber for thin-walled workpiece vibration suppression in mirror milling
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作者 Jianghua KONG Bei DING +3 位作者 Wei WANG Zhixia WANG Juliang XIAO Hongyun QIU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第8期1315-1334,共20页
As critical components of aircraft skins and rocket fuel storage tank shells,large thin-walled workpieces are susceptible to vibration and deformation during machining due to their weak local stiffness.To address thes... As critical components of aircraft skins and rocket fuel storage tank shells,large thin-walled workpieces are susceptible to vibration and deformation during machining due to their weak local stiffness.To address these challenges,we propose a novel tunable electromagnetic semi-active dynamic vibration absorber(ESADVA),which integrates with a magnetic suction follower to form a followed ESADVA(follow-ESADVA)for mirror milling.This system combines a tunable magnet oscillator with a follower,enabling real-time vibration absorption and condition feedback throughout the milling process.Additionally,the device supports self-sensing and frequency adjustment by providing feedback to a linear actuator,which alters the distance between magnets.This resolves the traditional issue of being unable to directly monitor vibration at the machining point due to space constraints and tool interference.The frequency shift characteristics and vibration absorption performance are comprehensively investigated.Theoretical and experimental results demonstrate that the prototyped follow-ESADVA achieves frequency synchronization with the milling tool,resulting in a vibration suppression rate of approximately 47.57%.Moreover,the roughness of the machined surface decreases by18.95%,significantly enhancing the surface quality.The results of this work pave the way for higher-quality machined surfaces and a more stable mirror milling process. 展开更多
关键词 semi-active dynamic vibration absorber(SADVA) mirror milling selfsensing vibration absorption tuning thin-walled workpiece
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Elastic wave insulation and propagation control based on the programmable curved-beam periodic structure
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作者 Jiajia MAO Hong CHENG Tianxue MA 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第10期1791-1806,共16页
Curved-beams can be used to design modular multistable metamaterials(MMMs)with reprogrammable material properties,i.e.,programmable curved-beam periodic structure(PCBPS),which is promising for controlling the elastic ... Curved-beams can be used to design modular multistable metamaterials(MMMs)with reprogrammable material properties,i.e.,programmable curved-beam periodic structure(PCBPS),which is promising for controlling the elastic wave propagation.The PCBPS is theoretically equivalent to a spring-oscillator system to investigate the mechanism of bandgap,analyze the wave propagation mechanisms,and further form its geometrical and physical criteria for tuning the elastic wave propagation.With the equivalent model,we calculate the analytical solutions of the dispersion relations to demonstrate its adjustability,and investigate the wave propagation characteristics through the PCBPS.To validate the equivalent system,the finite element method(FEM)is employed.It is revealed that the bandgaps of the PCBPS can be turned on-and-off and shifted by varying its physical and geometrical characteristics.The findings are highly promising for advancing the practical application of periodic structures in wave insulation and propagation control. 展开更多
关键词 curved-beam based periodic structure equivalent stiffness spring-oscillator system dispersion relation wave propagation
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Natural vibration and critical velocity of translating Timoshenko beam with non-homogeneous boundaries
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作者 Yanan LI Jieyu DING +1 位作者 Hu DING Liqun CHEN 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第9期1523-1538,共16页
In most practical engineering applications,the translating belt wraps around two fixed wheels.The boundary conditions of the dynamic model are typically specified as simply supported or fixed boundaries.In this paper,... In most practical engineering applications,the translating belt wraps around two fixed wheels.The boundary conditions of the dynamic model are typically specified as simply supported or fixed boundaries.In this paper,non-homogeneous boundaries are introduced by the support wheels.Utilizing the translating belt as the mechanical prototype,the vibration characteristics of translating Timoshenko beam models with nonhomogeneous boundaries are investigated for the first time.The governing equations of Timoshenko beam are deduced by employing the generalized Hamilton's principle.The effects of parameters such as the radius of wheel and the length of belt on vibration characteristics including the equilibrium deformations,critical velocities,natural frequencies,and modes,are numerically calculated and analyzed.The numerical results indicate that the beam experiences deformation characterized by varying curvatures near the wheels.The radii of the wheels play a pivotal role in determining the change in trend of the relative difference between two beam models.Comparing the results unearths that the relative difference in equilibrium deformations between the two beam models is more pronounced with smaller-sized wheels.When the two wheels are of equal size,the critical velocities of both beam models reach their respective minima.In addition,the relative difference in natural frequencies between the two beam models exhibits nonlinear variation and can easily exceed 50%.Furthermore,as the axial velocities increase,the impact of non-homogeneous boundaries on modal shape of translating beam becomes more significant.Although dealing with non-homogeneous boundaries is challenging,beam models with non-homogeneous boundaries are more sensitive to parameters,and the differences between the two types of beams undergo some interesting variations under the influence of non-homogeneous boundaries. 展开更多
关键词 translating beam Timoshenko beam non-homogeneous boundary natural frequency critical velocity
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振荡器驱动方板的有限元模型和克拉尼图形
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作者 曹磊磊 陈海峰 常博 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第1期104-110,133,共8页
振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适... 振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适当的边界条件,进而通过固有频率和振型分析,根据振型有效质量的大小预测和再现多组实验中出现的共振频率和克拉尼图形。对薄板在任意驱动频率下的稳态振动,通过振型叠加法快速准确计算出其振幅节线图形,与实验中相同频率下的克拉尼图形几乎相同。振荡器驱动的方板在共振频率下的克拉尼图形可解释为固有频率对应的振型,在非共振频率下的克拉尼图形可以解释为多个振型的叠加。通过建立具有适当边界条件的有限元模型,对振荡器驱动方板的克拉尼图形给出具有明确物理意义解释。 展开更多
关键词 振动与波 振荡器 方板 克拉尼图形 有限元模型 振型
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隧道-地基-流体耦合系统动力响应的三维解析计算方法 被引量:1
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作者 何超 贾缘平 周顺华 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1329-1341,共13页
轨道交通隧道行车会引发地表或水中环境的振动,从而对沿线居民或珍惜鱼类产生不良影响.对此,提出一种双洞隧道-地基-流体耦合系统动力响应的三维解析方法.隧道和地基模拟为弹性介质,空气或水模拟为理想流体介质,利用时间和纵向坐标的双... 轨道交通隧道行车会引发地表或水中环境的振动,从而对沿线居民或珍惜鱼类产生不良影响.对此,提出一种双洞隧道-地基-流体耦合系统动力响应的三维解析方法.隧道和地基模拟为弹性介质,空气或水模拟为理想流体介质,利用时间和纵向坐标的双重傅里叶变换,将时间-空间域内的三维动力问题转化为频域-波数域内求解.利用波面转换和平移公式,满足隧道、地基、流体及其交界面的边界条件,实现动力耦合求解,获得简谐载荷作用下双洞隧道-地基-流体系统动力响应的解析解.通过与地基-流体耦合系统的动力基本解以及有限元-边界元耦合模型进行对比,验证本文所提出方法的正确性.对比分析单洞和双洞隧道内作用动力点源引起的地基、水以及地表空气的响应.结果表明,邻近隧道的存在会改变地基土中波动能量的分布,进而改变水中或者空气中振动传播规律,且邻近隧道的影响与载荷频率、观察点位置以及隧道间的相对位置关系密切相关.当双洞隧道间距小于4倍隧道直径时,隧道间的动力相互作用不可忽略.研究成果可为隧道内行车引发的空气噪声以及水下振动传播特性研究和预测评估分析提供理论支撑. 展开更多
关键词 轨道交通隧道 环境振动 动力相互作用 解析解
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热环境下功能梯度圆柱壳振动特性分析 被引量:1
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作者 石先杰 左朋 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期526-533,共8页
应用谱几何法研究了热环境下功能梯度圆柱壳自由振动和瞬态振动特性。采用边界弹簧技术模拟圆柱壳结构的任意经典或者弹性边界约束条件,并结合一阶剪切变形理论建立了考虑温度场作用的功能梯度圆柱壳结构能量泛函。采用谱几何法与周向... 应用谱几何法研究了热环境下功能梯度圆柱壳自由振动和瞬态振动特性。采用边界弹簧技术模拟圆柱壳结构的任意经典或者弹性边界约束条件,并结合一阶剪切变形理论建立了考虑温度场作用的功能梯度圆柱壳结构能量泛函。采用谱几何法与周向傅里叶谐波函数乘积和的形式描述圆柱壳的位移容许函数,以克服不同边界条件下壳体位移函数微分在边界上存在的不连续问题。在此基础上,将位移容许函数代入至结构能量泛函,并采用Ritz法获得结构振动分析模型。数值分析结果表明,所构建分析模型能够快速准确预测功能梯度圆柱壳结构的振动特性。研究了幂律指数、温度、载荷等参数对功能梯度圆柱壳振动特性的影响规律,为其他数值分析方法研究提供参考。 展开更多
关键词 自由振动 功能梯度圆柱壳 热环境 谱几何法 瞬态响应
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一种负刚度可调的高静低动刚度隔振系统特性分析及实验研究
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作者 苏攀 吴杰长 +2 位作者 刘树勇 常广晖 张亚超 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期1697-1706,共10页
针对现有高静低动刚度隔振器的设计参数均已固定,磁负刚度机构无法在线调整的问题,本文设计一种新型负刚度可调的电磁隔振器。利用永磁体与螺旋线圈设计电磁负刚度元件,并对其进行有限元仿真分析。通过静力分析,推导负刚度可调高静低动... 针对现有高静低动刚度隔振器的设计参数均已固定,磁负刚度机构无法在线调整的问题,本文设计一种新型负刚度可调的电磁隔振器。利用永磁体与螺旋线圈设计电磁负刚度元件,并对其进行有限元仿真分析。通过静力分析,推导负刚度可调高静低动刚度隔振器力-位移-电流和刚度-位移-电流的数学表达式,得到系统在平衡位置获得准零刚度特性的条件。建立高静低动刚度隔振系统动态模型,利用平均法研究不同参数对系统幅频特性及力传递率的影响。研制原理样机,搭建试验台架并进行隔振性能测试试验,试验结果表明本文研究的高静低动刚度隔振器具有更宽的有效隔振频域和更低的传递率峰值。 展开更多
关键词 电磁负刚度元件 高静低动刚度 幅频特性 力传递率 平均法
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弯曲波宽频分波超栅拓扑优化设计和表征
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作者 李林 张雪彬 +1 位作者 刘涛 章俊 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期148-158,共11页
超表面/超栅的出现,使得波前调控变得越来越方便和灵活.然而大多数现有超表面/超栅均基于经验设计,其波前调控性能往往没有达到最佳,并且工作频率带宽窄,严重制约着它们在实际工程中的应用.同时,研究人员发现当入射角大于某一临界角时,... 超表面/超栅的出现,使得波前调控变得越来越方便和灵活.然而大多数现有超表面/超栅均基于经验设计,其波前调控性能往往没有达到最佳,并且工作频率带宽窄,严重制约着它们在实际工程中的应用.同时,研究人员发现当入射角大于某一临界角时,用来设计各种超表面的广义斯涅耳定理将失效.为了解决上述问题,本文基于高阶衍射定理,提出了一种利用遗传算法的宽频分波超栅拓扑优化设计方法.基于上述优化设计方法,针对薄板中弯曲波,具体设计了的三种宽频分波超栅,其胞元由两个相位差为π的子功能单元组成.首先,利用有限元方法对这三种超栅性能进行了数值表征;然后,利用3D打印技术加工试件开展了实验验证;最后,与其他两种方法设计的同类超栅进行了比较.结果表明本文所设计的弯曲波宽频分波超栅在设定的宽频范围内功能稳定,达到宽频分波效果.虽然本文仅考虑了弯曲波,但设计思路同样适用于其他形式的弹性波.研究结果将为其他宽频超栅设计提供一种可能有效途径. 展开更多
关键词 遗传算法 拓扑优化 超栅 高阶衍射 分波
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