自由梁受集中质量横向撞击的刚-塑性动力响应

研究自由边界的矩形截面梁在自由端和对称中面分别受到质量块横向撞击后的刚－塑性动力响应，通过完全解分析、结合数值方法给出梁的瞬态变形，并讨论输入能量、质量比等参数对梁的最终变形、移行铰消失位置及能量耗散的影响。

高速碰撞下圆柱壳自由梁的穿孔特性

利用二级轻气炮加载,进行了球状2A12铝弹丸垂直撞击圆柱壳自由梁实验。并进行了弹丸速度、圆柱壳直径和壁厚等因素对穿孔直径影响的数值模拟,数值模拟结果和实验结果基本吻合。通过量纲分析和数值模拟结合,推导了穿孔直径与相关影响参数的经验关系式。研究结果表明:当圆柱壳直径和厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径在径向和轴向都随着弹丸速度增大而增大;当弹丸速度和圆柱壳厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径随着圆柱壳自由梁直径的增大而减小;当弹丸速度和圆柱壳直径不变时,穿孔直径随着圆柱壳厚度的增大而减小。

刚塑性自由梁中部在横向冲击下的初始变形模式

研究了均匀矩形截面刚塑性自由梁中部在小尺寸、平头、圆柱形刚性弹体撞击下的三种变形模式,即梁的刚体平动、单铰变形模式和三铰变形模式。考虑了刚性子弹冲击后在梁上形成的剪切冲塞,分析了子弹通过冲塞作用在梁中部的剪切力可能引起的梁的弯曲变形,找出了梁的初始变形模式对子弹大小。

自由梁中部在平头子弹横向正冲击下的穿透及变形

研究了均匀矩形截面自由梁中部在小尺寸、平头、刚性、圆柱形弹体正撞击下的变形及穿透过程。当子弹冲击速度接近或高于临界穿透速度时 ,在梁上与子弹接触区的周围会形成一个剪切冲塞 ,子弹通过冲塞作用在梁上的剪应力会引起梁的整体弯曲变形。通过动力分析 ,确定了子弹穿透梁的临界穿透速度。对子弹穿透梁的局部剪切过程和梁的各个变形阶段进行了数值计算 ,估算出局部剪切能、梁弯曲变形能。

非均匀地基上自由梁的刚体模态分析

非均匀单参数(Winkler)地基和双参数(Pasternak)地基上自由梁的刚体模态与梁体—土体间的相互作用有关,当约束或支承不影响梁的平动和转动时,相应的刚体模态则会出现.刚体模态的频率和振型随的地基的不均匀性和基床系数的变化而变化.基于哈密顿原理和变化运算,获得了考虑周围土体支承影响的双参数地基梁振动特性,并分析了不均匀地基上自由梁的广义刚体模态频率及其随地基不均性的变化规律.

自由梁受集中质量两点撞击的刚塑性动力响应

对矩形截面自由梁在两端同时受到完全相同的集中质量横向撞击问题进行了理论上的研究 ,通过采用刚塑性的材料模型得到了其动力响应完全解。结合数值方法给出了梁的瞬态变形 ,并讨论了输入能量、质量比等参数对梁的最终变形、能量耗散的影响。针对典型算例将完全解的结果与MSC/Dytran的计算结果进行了比较 ,两者具有合理的近似 ,但理论预测的结果略高估计了梁的最终变形。

刚性质量对自由梁的塑性次撞击

针对接触和分离对撞击响应的影响,该文基于刚塑性动力学理论和单轴压缩多次弹塑性接触模型,研究了刚性质量水平撞击自由梁的过程。研究结果发现该撞击过程是一个复杂的多次塑性撞击过程,按照撞击力变化形式可以划分为两个撞击区,计算结果表明该两个撞击区的总冲量相当。塑性次撞击造成撞击能量以间歇方式传递,并且大部分撞击能量是由后续次撞击传递给梁的。不断出现的次撞击将迫使移行塑性铰作短暂的往复运动。通过与三维动态有限元方法的比较表明,刚塑性动力学理论可以应用于塑性次撞击问题的研究,并可获得梁撞击响应的主要特征。

含缺陷自由梁的弹塑性大挠度动力响应

作为一种近似处理,两端无任何支持和约束的空间自由梁常作为细长结构的简化模型。基于大变形平衡微分方程和有限差分法,通过在弹塑性大挠度模型里引入表征缺陷严重度的截面弱化因子,本文分析了任意位置含一缺陷的理想弹塑性自由梁在自由端受刚性质量块横向撞击作用下的大挠度动力响应。详细讨论了瞬态弯矩分布规律、曲率分布、变形以及缺陷处相对转角随时间的变化,结果表明:响应过程可划分为4个阶段;缺陷的位置和严重程度对结构的塑性动力行为有重要的影响,当缺陷落在此危险区域内,并且离撞击端越近,梁越容易由于缺陷处的断裂而失效。所得结果可为结构的安全防护提供指导。

自由梁在中点受到质量块撞击的剪切效应

剪切失效是强动载荷作用下结构失效的重要模式。着重研究了自由梁在中点受到质量块撞击后的剪切效应 ,给出了发生剪切失效的无量纲判据。分析表明 ,在初始速度的间断界面上是否发生剪切失效取决于质量块无量纲初始动能。

刚性质量对自由梁的弹塑性次碰撞的若干特征

该文基于Rayleigh梁理论,采用局部弹塑性接触模型,结合有限差分方法和碰撞-分离条件,研究了钝圆柱头质量水平碰撞自由梁过程中的弹塑性次碰撞过程。研究发现,整个水平碰撞包含了复杂的弹塑性次碰撞过程,整个碰撞过程由分别位于碰撞压缩相内和恢复相内的两个明显的次碰撞区组成。第二碰撞区的出现,导致梁出现了二次瞬态变形激发现象。碰撞激发了梁一阶位移响应和高阶速度响应,一阶位移响应与次碰撞区的形成有着本质的联系,次碰撞的形成过程与高阶速度响应密切相关。另外,次碰撞显著地改变了碰撞能量的传递方式,导致了单向、间歇式的碰撞能量传递模式。研究表明,次碰撞与次碰撞激发的自由梁响应之间存在着复杂的耦合力学机制。

自由梁的位移、应变和声模态分析

目的针对目前常见的模态测试方法开展试验模态分析,从而给出各种测试方法的最优使用场所。方法以金属自由梁为研究对象,通过试验模态分析,得到了其位移、应变和声模态的频率、阻尼比和振型等模态参数,对比各模态测试方法的结果,并就各模态测试方法的特点开展对比分析。结果位移模态所测模态频率明显比应变模态和声模态的小,可见传感器的质量对所测自由梁位移模态的模态频率有较大影响,应变模态影响较小,声模态为非接触式测量,故无影响,且在相同的试验条件下,更容易得到高阶模态。结论应变模态试验在获取模态振型的基础上,也可进行各测试点应变大小的测量和计算。

刚塑性自由梁在偏心阶跃荷载下的动态响应

基于冲击力学基本理论,研究了刚塑性自由梁在偏心阶跃荷载下的动态响应。根据动平衡条件和梁的变形模式,推导了不同荷载水平下无约束自由梁的加速度和角加速度公式。通过动静法得到了自由梁内的弯矩和剪力,依此给出了塑性铰的位置,得出了不同荷载位置下塑性铰的临界荷载值,并讨论了摩擦力对其的影响。结果表明:摩擦力较小时,其对塑性铰的位置有明显影响;但摩擦力较大时,塑性铰的位置几乎不随摩擦力的变化而改变,并且出现塑性铰的临界荷载很小。在荷载水平较低时,自由梁只可能在荷载作用点产生塑性铰;随着荷载水平的提高,在长梁段会出现一个与荷载作用点塑性铰相反的塑性铰;当荷载很大时,在短梁段也会出现一个塑性铰。此外,荷载作用点的位置对塑性铰临界荷载值也有较大影响,荷载离梁端越近,塑性铰临界荷载值越大;若荷载离梁端越远,塑性铰临界荷载较小。

自由梁在中点受到质量块撞击的剪切失效

剪切失效是强动载荷作用下结构失效的重要模式 ,从自由梁在中点受到质量块撞击后发生剪切失效的无量纲判据的分析表明 ,在初始速度间断面上是否发生剪切失效取决于质量块无量纲初始动能。

空间自由梁两端受阶跃载荷作用下的响应模式

对自由梁在两端受非对称阶跃载荷作用下的动力响应进行了理论分析,得到了不同载荷量级下的变形模式,并指出所得结果为下一步冲击载荷作用下自由梁的瞬态动力响应研究奠定了基础。

反弹道斜撞击下自由梁结构响应研究

反弹道撞击实验在材料与结构动力学响应研究领域中已有广泛应用,相比正向撞击实验,反弹道实验可在自由梁上加装测量装置,得到更精确的测试结果。开展了自由梁20°斜撞击的反弹道实验,使用数字图像相关方法测试了弹体的实时动态响应情况,引入失效判据,并结合数值模拟分析,求解了轴向与横向载荷交互作用下的自由梁弯曲形貌。结果表明:考虑轴向力的计算结果与实验吻合较好,且优于文献[4]给出的自由梁计算模型;当质量比mγ≥10时,正反弹道具有较好的等效性,该方法亦可用于求解弹体在非正侵彻过程中的结构响应。

自由梁在一端受局部三角形脉冲载荷时的塑性动力响应

为了估计局部爆炸载荷对飞行器的影响,采用刚塑性模型分析了自由梁在一端受局部脉冲载荷作用时的塑性动力响应,给出了不同载荷长度作用下梁的变形模式,最后分析了航天飞机在局部脉冲载荷下的断裂问题.研究表明,飞行器在一端受局部的脉冲载荷下更不容易发生断裂.

Timoshenko自由梁迭代法计算木材弹性模量和剪切模量的适用性

【目的】基于试验探究Timoshenko自由梁迭代法计算木材弹性模量和剪切模量的适用性,重点考虑木材弹性模量和剪切模量的测试精度,寻求梁试件合适的长厚比。【方法】通过山毛榉、云杉-松-冷杉(SPF)和单板层积材(LVL)试件截短试验,动态测试不同长厚比试件的频谱,从频谱图上读出自由梁的第一阶和第二阶弯曲频率;应用迭代程序计算木材和木质复合材料的弹性模量和剪切模量;采用自由杆件扭转振动法和自由板扭转振型法验证自由梁迭代法计算剪切模量的有效性。【结果】存在一个与树种有关的试件长厚比下限值,当试件长厚比小于该下限值时,自由梁迭代法不能计算出正常的弹性模量和剪切模量或根本计算不出弹性模型和剪切模量;自由梁迭代法计算出的弹性模量高于Euler自由梁法计算出的弹性模量,其程度与试件长厚比有关,仅当试件长厚比大于24时其偏高值才在4%以内;自由梁迭代法计算出的剪切模量与矩形截面因子k取值有关,当k取0.833和0.913时,分别高于自由杆件扭转振动法(自由板扭转振型法)剪切模量测试值12.2%和2.3%(19.9%和9.3%)。【结论】为保证自由梁迭代法测试精度,推荐采用长厚比20~24的梁试件动态测试其第一阶和第二阶弯曲频率,并用矩形截面因子取0.913进行迭代计算木材的弹性模量和剪切模量。

自由梁结构动力学分析

研究了集中质量大小及在自由梁上分布位置对自由梁结构模态及频率的影响,应用集中质量法给出了自由梁的动态挠度曲线及频率,并用最小二乘法进行了函数拟合,应用拉格朗日法建立了自由梁结构的动力学方程,文中所建立的方程对工程中可简化为自由梁模型进行研究的结构具有一定的理论意义及应用价值。

尾部有推力自由梁的振动分析

为了研究气动弹性对弹性体导弹振动特性的影响,把飞行中的大长径比细长导弹看作是尾部有推力的自由梁,采用广义汉密尔顿原理建立自由梁的纵向弯曲振动数学模型,利用模态分析把模型离散化,考察模态频率随推力和长径比的变化趋势,并找出临界稳定点.讨论了气动弹性现象对系统结构振动稳定性的影响,得出临界稳定点的变化趋势及长径比对这种变化趋势的影响.对系统弹性变形进行了仿真分析,通过曲线拟合给出了振动幅值与推力以及长径比之间的关系.仿真结果表明,气动弹性使得结构振动稳定下降,缩小了稳定范围,随着长径比的增大此现象愈加明显.

基于谱有限元的自由阻尼梁结构损耗因子分析

使用谱有限元分析了自由阻尼梁中扩散波类型及其损耗因子,通过对其特征波形的分析探讨了各个频率下每种波的激励条件,然后使用有限元对自由阻尼长梁做谐响应分析得到各个单元的应变能,根据应变能法计算得到该长梁分别在垂直和水平激励下的结构损耗因子,对结构损耗因子同激励起的波类型之间的关系进行了讨论,最后分析了边界反射对结构损耗因子的影响。研究表明:垂直激励主要激励起最高阶弯曲波或者某些低阶纵波,水平激励主要激励起最高阶纵波;边界反射对结构损耗因子的影响随着梁长增大以及激励点远离边界而变小;不同边界条件的结构损耗因子一般情况下比较接近,但在一些频率点处会存在一定的差异;自由阻尼梁的结构损耗因子主要由激励所能激励起的波类型所决定,在一定程度上受到边界反射影响。