离散支撑梁基于逐段拆分与复合的动力学建模新方法

为了更高效分析轨道交通中的振动、噪声起因和传播,需合理构建轨道中离散支撑连续梁结构的动力学模型。在求解这类梁结构的自由振动问题时,常规解法以各阶单跨梁振型为基底函数利用里兹法求解固有特性,然后根据模态叠加法求解不同外激励下的响应。但在轨道长度不足和非周期支撑时,该方法中振型函数不能反映其离散支座特性。通过拆分连续梁为多个含弹性约束欧拉-伯努利梁,并给出梁段连接节点处的动平衡方程,得到多段梁固有频率的解析型方程组,从而求解出更符合实际的振型函数以及固有频率。进一步对比有限元模拟结果,验证所提方法的精确性,表明其在振动优化和模态分析方面具有较好的参考价值。

基于两种梁理论对变幅锥形杆弯曲振动的特性分析及参数设计

为了研究圆锥形杆自由振动的特性,分别基于欧拉-贝努力梁理论和铁木辛柯梁理论,建立变截面杆自由振动的分析模型。采用一种含三角函数的级数形式来表示欧拉-贝努利梁理论下杆的位移函数,以满足端部位移的条件;利用能量泛函极小化得到系数满足的线性方程组,进而获得不同边界条件下圆锥形杆在欧拉-贝努利梁理论下的若干阶固有频率;类似地,假设位移的级数形式并利用能量函数,建立锥形杆基于铁木辛柯梁理论的求解方法,可得各阶固有频率和模态;给出等截面杆在两种理论下固有频率的转化公式,并推广应用到圆锥形杆的固有频率近似转化。算例分析锥形杆截面参数对结构固有频率的影响,并基于目标设计频率和若干限制条件对锥形杆的尺寸进行设计。数值结果表明,在应用欧拉-贝努利梁理论和铁木辛柯梁理论时,所提方法都能够稳定收敛且计算效率高,具有较高的精确度。该研究工作为超声工程中变幅杆的动力学特性提供了计算依据。

变截面Timoshenko梁动力问题的一种数值算法

为了研究截面不均匀系数对梁振动特性的影响,基于Timoshenko梁理论,建立变截面梁自由振动的分析模型.首先,采用傅里叶级数与辅助函数的形式表示Timoshenko梁的位移函数,以解决梁端位移在采用常规傅里叶级数形式时导致的边界位移导数不连续问题.其次,基于拉格朗日函数,利用瑞利-里兹法得到系数满足的线性方程组,进而获得不同边界条件下Timoshenko梁的固有频率及相应的振型模态.最后,分析截面系数对结构固有频率的影响.数值算例表明,该求解方法能够稳定收敛且计算效率高,具有较高的精度.

任意弹性边界的多段梁自由振动研究

研究了连续多段梁的自由振动特性.为区别于诸简支等传统约束边界,提出了弹性约束边界下多段梁结构的自由振动特性分析方法.首先根据谱几何法,在传统Fourier级数的基础上添加四个辅助函数,构造了多段Euler梁中每段的横向位移函数.其次,将位移函数的假设谱几何形式代入多段梁结构的Lagrange函数得到新的表达式,由Hamilton原理将自由振动问题化成矩阵特征值形式,从而求解出任意弹性边界条件下多段梁的自振频率和模态.针对四个具体算例,通过改变边界处弹簧刚度值可求得不同边界条件下连续多段梁的自振频率和模态.与已有文献的结果比较,充分验证了该文方法的正确性、规范性和高效性.

阶梯柱屈曲的改进Fourier级数分析

该文对阶梯柱的弹性屈曲问题进行了研究.首先基于改进Fourier级数法采用局部坐标逐段建立阶梯柱的位移函数表达式,然后由带约束的势能变分原理得到含屈曲荷载的线性方程组,利用线性方程组有非零解的条件把问题转化为矩阵特征值问题得到临界载荷,最后讨论方法中的参数取值,并把结果与已有文献和有限元的结果比较,从而验证方法的精度.所提模型在阶梯柱的两端和变截面处引入横向弹簧和旋转弹簧,通过改变弹簧的刚度值模拟不同的边界.所提方法在工程设计中能比较精确地确定各种弹性边界条件下阶梯柱的临界载荷.

各向异性矩形板和环扇形板横向自由振动的一种通用解法

提出各向异性矩形板和环扇形板在弹性边界约束下横向自由振动的通用解法.对于各向异性环扇形板,引入径向对数坐标简化其基本理论.两种不同形状板的几何参数和势能可建立统一的表达式,基于改进Fourier级数和Hamilton原理,从而实现板自由振动问题的统一求解.两种形状板自由振动问题的通用解法具有广泛适用性、高精度和高效性.其收敛性和精度得益于位移的改进Fourier级数的表达,可消除初始横向位移函数及其导数在整个区域内的潜在不连续.所提方法的这些特征通过若干数值算例得到验证.