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柔性梁和板结构非线性振动实验研究

作　者: 何运成
导　师: 张伟
学　校: 北京工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 非线性振动实验混沌悬臂梁矩形薄板
分类号: O322
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

柔性梁和板结构无论是在大型空间站等航空、航天领域中,还是在船舶、汽车、建筑等民用工程领域中都是非常重要的组成部分。随着工程结构的大型化、柔性化和轻质化,以及对结构的高可靠性、高精度、高稳定性的要求越来越高,对柔性梁和薄板结构的动力学与振动控制的研究日益重要。非线性因素对机械柔性结构的动力学特性有非常重要的影响,因此,研究柔性梁和板结构的非线性振动具有非常重要的理论意义和实际应用价值,能够为结构的设计和控制提供重要的理论指导依据。本论文主要对具有方形截面的柔性悬臂梁、金属材料矩形薄板和碳纤维复合材料层合矩形薄板进行系统的非线性振动实验研究。主要研究内容有如下几个方面:1.研究了简谐参数激励作用下方形截面悬臂梁系统非线性振动响应,主要内容如下:1)通过理论计算、Ansys有限元模拟给出了方形截面梁的固有频率并同实验观测到的共振频率对比,发现了超谐和亚谐共振等非线性现象;2)实验研究了共振区域悬臂梁模态阶次和振动方向的转变过程;绘制了频响和力幅值曲线;讨论了系统受迫响应与初始振幅之间的关系;3)研究了由于模态相互耦合作用,梁的响应在倍周期、概周期和混沌之间转化的非线性动力学行为;观察到了两类多模态组合共振的组合方式以及不同方式所对应的混沌脉冲跳跃现象;发现了梁的大幅回转运动和阵发混沌运动;4)实验测定了梁对应不同模态的相对阻尼系数。2.研究了几何尺寸、边界条件、激励等因素对金属材料矩形薄板和碳纤维复合材料层合矩形薄板系统振动响应的影响。具体内容如下:1)通过理论计算、Ansys有限元模拟给出了矩形薄板的固有频率和模态;2)通过锤击法、扫频等方法给出了板系统的共振频率,分别讨论了几何尺寸、边界条件、激励等因素对系统共振的影响;基于扫频结果,讨论了板的非线性频响特性;3)实验发现了一类高阶激励频率激发起低阶非固有频率所对应的共振现象。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 梁、板结构非线性动力学实验研究进展  9-18
    1.2.1 柔性梁结构非线性动力学实验研究现状  9-11
    1.2.2 薄板结构非线性动力学实验研究现状  11-18
    1.2.3 纤维层合板动力学理论研究现状  18
  1.3 本课题的主要内容  18-20
    1.3.1 本课题来源  18
    1.3.2 本课题主要内容  18-20
第2章基础激励作用下悬臂梁非线性振动研究  20-49
  2.1 引言  20
  2.2 悬臂梁动力学理论研究  20-25
    2.2.1 平面运动悬臂梁动力学方程的建立  20-22
    2.2.2 非平面运动悬臂梁动力学方程的建立  22-25
  2.3 方形截面悬臂梁振动实验研究  25-47
    2.3.1 实验设备及原理  25-26
    2.3.2 悬臂梁共振频率测试  26-27
    2.3.3 悬臂梁振动频率响应和力-幅值响应分析  27-28
    2.3.4 初始状态对悬臂梁振动响应的影响  28-29
    2.3.5 内共振与模态的转变、耦合  29-33
    2.3.6 第1阶模态与高阶模态的耦合  33-34
    2.3.7 悬臂梁大幅回转振动  34-37
    2.3.8 多脉冲跳跃运动  37-45
    2.3.9 阵发混沌运动  45-46
    2.3.10 相对阻尼系数  46-47
  2.4 本章小结  47-49
第3章方形金属薄板的动力学实验研究  49-71
  3.1 引言  49
  3.2 方形薄板的固有频率和模态研究  49-53
  3.3 四边简支方形薄板非线性动力学实验研究  53-70
    3.3.1 定点横向简谐激励作用下薄板动力学研究  53-58
    3.3.2 基础简谐振动下薄板的动力学研究  58-70
  3.4 本章小结  70-71
第4章四边简支复合材料层合板非线性振动分析  71-94
  4.1 引言  71
  4.2 四边简支层合板动力学方程的建立  71-76
  4.3 固有频率及模态分析  76-78
  4.4 参数激励作用下层合板非线性振动实验研究  78-93
    4.4.1 实验装置及原理  78-79
    4.4.2 共振频率实验研究  79-81
    4.4.3 共振区薄板振动响应研究  81-93
  4.5 本章小结  93-94
第5章四边固支层合板非线性振动实验研究  94-138
  5.1 引言  94
  5.2 四边固支层合板固有频率及模态分析  94-95
  5.3 共振频率实验研究  95-100
  5.4 A 点激励层合板非线性振动研究  100-114
  5.5 B 点激励层合板非线性振动研究  114-131
  5.6 参数激励作用下层合板非线性振动研究  131-137
  5.7 本章小结  137-138
结论  138-140
参考文献  140-145
攻读硕士学位期间发表的学术论文  145-146
致谢  146

柔性梁和板结构非线性振动实验研究

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