基于集中柔度模型电流变体-砂浆悬臂梁固有频率的理论分析

直接将电流变体密封后埋置在砂浆梁中制成智能复合悬臂结构,采用瞬态激振的方法测定其在不同电场强度下固有频率,对频率随电场强度的变化规律进行了实验研究.结果表明电场强度对第一、二阶频率影响比较大,对第三阶频率影响很小,而且电流变片埋置位置对复合梁的整体振动特性的影响比较大.在此基础上,利用一种基于集中柔度模型的分析裂纹梁动态响应的新方法对这种复合结构进行了数值分析.通过定义等效裂纹深度,建立了电流变体-砂浆复合悬臂梁的振动模型,得到计算复合悬臂梁频率的特征方程,并根据实验数据确定模型的参数,最后用于模拟含电流变体的砂浆悬臂梁随电场强度变化时固有频率的演化规律.研究结果显示,该模型的解析解与实验值吻合得较好,对前三阶频率模拟的效果较为理想,说明该模型可用于含电流变体砂浆复合悬臂梁的振动分析,为电流变体在实际工程结构振动控制领域的应用奠定了理论基础和实验依据.

集中柔度全柔性机构拓扑优化设计研究

根据集中柔度全柔性机构特点,基于连续体拓扑优化技术,采用SIMP人工材料密度方法,以机构的刚度和柔度要求相结合的功能函数作为优化目标,建立集中柔度全柔性机构拓扑优化设计模型。采用优化准则法进行数值计算,并推导了迭代公式。通过所建立的优化模型设计出的机构拓扑图形具有"集中柔度"特征,为集中柔度全柔性机构的设计提供了基础。数值算例证明了研究方法的有效性。

不完全分布柔度的全柔性机构的研究

针对介于具有集中柔度和具有分布柔度之间的全柔性机构,提出了第三类具有不完全分布柔度的全柔性机构的概念,并定义了其特征尺寸比值,根据这类全柔性机构的特点,提出在用伪刚体模型分析具有集中柔度全柔性机构的基础上,考虑构件弹性变形的分析方法.实例计算结果表明了该方法的有效性.

柔性位移放大机构拓扑优化设计研究

基于连续体结构拓扑优化技术和SIMP人工材料密度方法,以机构的输出位移和输入位移之比作为优化目标,建立柔性位移放大机构的拓扑优化设计的数学模型,优化算法采用优化准则法,并推导了迭代公式,采用网格过滤法消除棋盘格和网格依赖现象。数值算例证明了研究方法的有效性。分析了不同优化参数对机构放大倍数的影响。对拓扑优化图形中的单点铰接问题给出了后处理方法。

基于均匀荷载面曲率的简支裂纹梁损伤识别

为了采用模态参数对结构裂纹进行定位与定量,基于集中柔度模型,采用无质量的扭转弹簧模拟裂纹,建立简支裂纹梁的振动微分方程。针对现有柔度曲率指标仅能判断裂纹的大致范围,基于线性插值理论,建立裂纹位置与相邻测点均匀荷载面曲率差的关系,提出裂纹进一步定位公式,实现裂纹位置的精确定位。针对现有大多数损伤识别方法无法实现裂纹的损伤定量,基于位移曲率与结构刚度和弯矩的关系,理论推导了均匀荷载面曲率的结构刚度损伤程度识别方法,基于弹簧串联原理和线刚度思想,首次提出串联等效线刚度模型,建立裂纹深度与均匀荷载面曲率的关系,实现裂纹深度的定量。通过简支裂纹梁数值算例,考虑多裂纹的损伤情况,验证了新方法对裂纹定位与定量的有效性。