基于改进三阶剪切梁理论和偶应力理论的梁运动方程

基于改进三阶剪切梁理论和采用偶应力理论考虑梁微元体刚体转动的动能,用哈密顿原理推导了矩形截面梁横向振动的变分一致运动方程.所得运动方程是以梁挠度和横截面的平均转角为基本变量的六阶偏微分方程,并且含有一个材料/结构内禀尺度.通过考虑极限条件下(波长趋于零时)的相速度极值,利用参数匹配法求得梁在横向振动时的内禀尺度.求解了无限长梁的振动波长趋于梁高度时的相速度,所得结果与弹性力学解吻合.计算结果表明,当梁的振动波长趋于梁高度时,偶应力对梁的横向振动频率有较大的影响.同时采用改进三阶剪切梁理论和拟协调元法推导了考虑偶应力效应的两节点梁单元,和求解了不同边界条件下梁的高阶频率.与文献结果对比表明,论文所给梁单元不仅精算效率高,且计算准确.

基于三阶剪切理论的输流圆管横力弯曲分析

基于Reddy三阶剪切梁理论,应用有限元法研究输流管道系统在重力和流体离心力联合作用下的弯曲问题。首先,利用虚功原理建立水平布置输流管道系统有限元方程;随后,求解方程得到了两种典型边界条件下管道的横向挠度及其截面转角,重点探究了流体速度对管道弯曲的影响,并揭示了速度的影响机制;最后,分析了管道跨度与最大挠度的关系。结果表明:固支和简支边界条件下,流体离心力与重力方向相同,因而流体速度增大则管道挠度增大;重力、流体离心力和跨度是影响管道横向弯曲的主要因素。

轴向运动三阶剪切变形梁自由振动的DQM分析

基于三阶剪切变形梁理论和虚功原理推导轴向运动梁自由振动的控制方程.利用微分求积法离散控制方程得到以位移为基本未知量的代数方程组,将其整理成矩阵形式,得到的质量矩阵、陀螺矩阵和刚度矩阵均非方阵,且行数大于列数.为将各矩阵转化为方阵,借鉴最小二乘法思想,基于质量矩阵转化得到系统广义特征方程,经与传统微分求积法和ANSYS软件所得结果对比,证明本文方法的正确性.

压电功能梯度层合梁的力-电-热耦合梁单元及最优振动控制

给出了一个压电功能梯度层合梁振动分析的两节点力-电-热耦合梁单元,并将其用于功能梯度层合梁的振动最优控制。在这个多场耦合梁单元中,功能梯度材料的等效力学性能用Voigt或Mori-Tanaka模型表征;梁的位移场用Shi改进的三阶剪切变形板理论描述;压电层的电势场用Layer-wise理论分层表征,且呈高阶非线性电势场的压电层可离散成数个子层。用Hamilton原理推导了压电功能梯度梁的力-电-热耦合单元列式,用拟协调元法给出了多场耦合梁单元的高计算效率的显式单元刚度矩阵,以及采用线性二次型(LQR)最优控制算法进行压电功能梯度层合梁的最优振动控制。使用所得力-电-热耦合梁单元进行了压电功能梯度层合梁的静力和动力分析。数值算例表明,所得力-电-热耦合梁单元可靠、准确和高效,LQR最优控制算法得到最优控制电压可有效抑制功能梯度梁的振动且实现控制系统能量的优化。

轴向运动梁稳定性分析的通用有限元模型及应用

针对轴向运动梁系统的振动稳定性问题,建立了细梁和粗梁通用的有限元动力学模型。首先,采用三阶剪切梁理论,以一种2节点梁单元离散求解域,基于虚功原理建立了轴向运动梁系统动力学有限元方程。然后,在两端固支的边界条件下,用数值算例给出了系统前三阶复频率,与ANSYS软件计算结果进行对比,最大误差不超过1.7%,证明该建模方法对细梁和粗梁都有很高的计算精度。最后,探讨轴向运动梁振动稳定性的特点,指出稳定及失稳的速度区间,阐明了离心力和科氏力对振动特性的贡献。