一种悬臂方形薄平板共振模态理论分析方法

为了实现悬臂方形薄板的共振模态分析,本文基于AF-ESPI测量原理和瑞利利兹法对悬臂方形薄板共振模态的理论进行了完整分析,给出前8阶的共振频率和相对应悬臂方薄板的电子散斑共振条纹分布情况。为了验证理论计算的精确性,搭建了振幅波动电子散斑干涉测量系统,并利用该系统对悬臂方形薄板进行模态分析,测量该板的共振频率和振动模态。理论计算的结果和实验测量值对比发现,振动的条纹和理论计算的结果一致,共振频率的测量值和理论计算值之间的相对差值在0.1%～9.1%之间。

应变梯度对静电力驱动微梁吸合电压的影响

基于应变梯度理论,建立静电力驱动微梁的控制方程,通过瑞利-利兹法对微梁的控制方程进行降阶,得到一组非线性代数方程。利用牛顿-拉菲森法求解该方程组,确定微梁的吸合电压,分析应变梯度对吸合电压的影响规律。结果表明,当微梁的无量纲厚度减小时,无量纲吸合电压将显著增大,表现出明显的尺寸效应;随着材料内禀特征长度的增加,无量纲吸合电压的尺寸效应也越显著,说明应变梯度对微梁的吸合电压影响显著。随着微梁无量纲厚度的减小,残余应力对无量纲吸合电压影响显著,可以减弱应变梯度对无量纲吸合电压的影响;同时应变梯度可以显著降低中面伸长对吸合电压的影响。分析结果可为微机电系统中微梁的设计提供参考。

SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度特性研究

研究了嵌入形状记忆合金(SMA)纤维复合材料变截面板弹簧的刚度性能。首先分析一类常用SMA材料的基本力学性能,讨论了基于Brinson本构模型下的受限回复特性。在建立具有SMA纤维的各向异性层合梁的本构方程的基础上,利用瑞利-利兹能量法求板簧的挠度,给出板簧刚度的表达式。最后,运用MATLAB进行数值计算,得到了SMA纤维复合材料变截面板簧刚度随温度、铺层角、SMA含量的变化关系曲线,揭示了SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度可调节机理。

一维弹性结构在理想流体中的模态特性

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,只是其节点会向自由端偏移。