非线性吸能器抑制柱体结构驰振的理论与实验研究

1

作者 代胡亮 邢浩然 +3 位作者 何毅翔 陆子 张岚斌 王琳 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第5期116-124,共9页

针对柱体驰振抑制问题提出了非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer,NTET)的振动调控策略,从理论和实验研究了非线性吸能器对驰振抑制的影响规律。采用准稳态理论描述流体力,基于能量法建立了柱体驰振与NTET耦合的动力学理... 针对柱体驰振抑制问题提出了非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer,NTET)的振动调控策略,从理论和实验研究了非线性吸能器对驰振抑制的影响规律。采用准稳态理论描述流体力,基于能量法建立了柱体驰振与NTET耦合的动力学理论模型,通过实验结果验证了理论模型的有效性。线性动力学分析表明,增大NTET的弹簧预拉力会增加耦合阻尼比和耦合频率,导致柱体发生驰振的起振风速减小。非线性动力学分析发现,驰振响应抑制效果受NTET线性和非线性刚度的共同影响。存在最优线性刚度,使得振动幅值抑制效果最佳;NTET非线性刚度越大,驰振抑制效果越好;NTET弹簧预拉力越小、弹簧刚度越大,柱体振幅越低。该研究可为工程中柱体结构驰振调控策略的有效设计提供有用的理论支撑和实验数据。 展开更多

关键词 驰振 非线性吸能器 振动抑制 非线性刚度 非线性动力学

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细长输流管道大变形动力学研究进展 被引量：2

2

作者 陈伟 曹润青 +2 位作者 胡嘉纯 代胡亮 王琳 《力学进展》 北大核心 2025年第1期113-174,共62页

细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典... 细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典型的流固耦合力学行为,已成为结构动力学、流固耦合力学等研究领域的一个普遍性范例.在建立动力学方程、明确稳定性机理和分析非线性振动规律之后,近年来人们极其关注输流管道的大变形/大位移动力学问题.本文系统介绍了细长输流管道非线性振动,特别是其弯曲大变形动力学的研究进展.首先,概述了输流管系统的非线性特征及其分类,简要分析了一些常用假设的合理性.其次,重点介绍了泰勒展开近似模型、几何精确理论模型、绝对节点坐标描述计算模型、数据驱动模型及相关的其他建模与求解方法.然后,针对两端支撑管道和悬臂管道两类有本质区别的动力学系统,回顾了其非线性动力学机理与演化规律,重点介绍了悬臂管道从小变形假设到大变形响应的一些新近研究进展.在此基础上,还介绍了提高输流管稳定性、抑制输流管非线性振动和利用输流管大变形响应的主要方法.最后,对细长输流管道大变形动力学的研究现状进行了归纳总结,并指出值得关注的几个基础性科学问题. 展开更多

关键词 输流管道 流固耦合 大变形动力学 几何精确模型 绝对节点坐标法

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基于微结构动态演化机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构及其有限元模拟 被引量：12

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作者 熊骏 李振环 +1 位作者 朱亚新 黄敏生 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期763-781,共19页

因其优异的高温力学性能,镍基单晶高温合金在航空航天和能源等领域得到了广泛的应用.镍基单晶高温合金优异的高温性能来源于其特有的两相微结构.基于代表体胞模型及分块均匀化方法,以位错密度为主要内变量,发展了一个包含两相微结构和... 因其优异的高温力学性能,镍基单晶高温合金在航空航天和能源等领域得到了广泛的应用.镍基单晶高温合金优异的高温性能来源于其特有的两相微结构.基于代表体胞模型及分块均匀化方法,以位错密度为主要内变量,发展了一个包含两相微结构和位错演化信息的单晶镍基高温合金塑性行为的本构模型.该本构模型充分考虑了镍基单晶合金中位错在基体相和沉淀增强相中的多种演化机制,例如,基体位错八面体滑移、立方滑移、位错攀移、交滑移、位错弓出、位错切过沉淀增强相以及位错Kear-Wilsdolf(K-W)锁形成与解锁等.在商用有限元软件ABAQUS的框架下,编制了UMAT用户材料子程序.利用该用户子程序,对单晶和多晶镍基高温合金在不同温度、不同加载方向下的单调塑性、循环塑性、蠕变等典型行为进行了计算模拟.结果表明:该晶体塑性本构模型能"统一地"刻画镍基高温合金在不同温度、不同方向下的多种变形行为,并与实验结果具有良好的一致性. 展开更多

关键词 晶体塑性本构 镍基高温合金 微结构 蠕变 循环塑性 单调塑性

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基于主动学习Kriging模型和子集模拟的可靠度分析 被引量：5

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作者 黄晓旭 陈建桥 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期866-871,939,共6页

工程结构的功能函数大多数具有隐式非线性程度高的特点,且失效概率较小,需要复杂的有限元分析计算。针对工程实际中大量存在的小失效概率问题,本文提出了基于主动学习Kriging模型和子集模拟方法相结合的可靠度分析方法——AK-SS。AK-SS... 工程结构的功能函数大多数具有隐式非线性程度高的特点,且失效概率较小,需要复杂的有限元分析计算。针对工程实际中大量存在的小失效概率问题,本文提出了基于主动学习Kriging模型和子集模拟方法相结合的可靠度分析方法——AK-SS。AK-SS方法有子集模拟求解小失效概率和主动学习的Kriging模型代替真实功能函数的优势。该方法首先采用Kriging模型代替真实功能函数,通过主动学习方法逐步扩充实验设计点,逐步改善Kriging模型的精度;然后利用子集模拟方法的基本思路,通过引入合理的中间失效事件计算小失效概率。结果表明,AK-SS方法在保证结果精度的同时减少了功能函数的评估次数,对于工程实际中具有隐式功能函数的小失效概率计算问题具有较强的应用前景。 展开更多

关键词 功能函数 主动学习 KRIGING模型 子集模拟方法 小失效概率

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非完整信息条件下的结构可靠性鲁棒设计

5

作者 陈建桥 唐远富 +1 位作者 魏俊红 葛锐 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期404-409,485,共6页

在非完整信息条件下,建立区间变量、模糊变量、随机变量同时存在的可靠性设计模型,并给出相应的序列优化设计方法;同时考虑设计变量的实现值与设计值之间的差别以及约束条件的鲁棒性,提出基于info-gap决策理论的鲁棒优化模型,研究可靠... 在非完整信息条件下,建立区间变量、模糊变量、随机变量同时存在的可靠性设计模型,并给出相应的序列优化设计方法;同时考虑设计变量的实现值与设计值之间的差别以及约束条件的鲁棒性,提出基于info-gap决策理论的鲁棒优化模型,研究可靠性鲁棒设计的序列求解策略。算例1表明:模糊可靠性设计比随机可靠性设计结果保守,当模糊设计指标α=0时(对应区间可靠度)结果最为保守。算例2表明:不同的鲁棒性指标αt对应不同的鲁棒优化解,当αt大于0.20时,不存在相应的鲁棒优化解。利用本文提出的鲁棒序列优化求解方法对目标函数计算1291次即可,而常规优化算法需8107次,表明本文算法大大提高了计算效率。 展开更多

关键词 非完整信息 可靠性设计 或然性设计 info-gap模型 鲁棒优化设计

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预测结构性能退化的混合粒子滤波方法 被引量：1

6

作者 关雪雪 陈建桥 +1 位作者 郑瑶辰 张晓生 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期677-687,共11页

由于载荷,环境以及材料内部因素的作用,结构的性能一般随时间而逐渐退化.为了评估结构服役期间的状态,常采用随机变量模型来描述结构性能的退化规律.即,采用含不确定性模型参数的物理模型来逼近结构响应特性.利用同类型结构的先知数据... 由于载荷,环境以及材料内部因素的作用,结构的性能一般随时间而逐渐退化.为了评估结构服役期间的状态,常采用随机变量模型来描述结构性能的退化规律.即,采用含不确定性模型参数的物理模型来逼近结构响应特性.利用同类型结构的先知数据集信息可确定模型参数的先验分布.结合结构服役期间的检测信息和贝叶斯原理,对模型参数进行更新,从而提高物理模型的准确性.本文提出一种混合粒子滤波方法 (particle filterdifferential evolution adaptive Metropolis,PF-DREAM)用于模型更新,即:在确定参数先验分布时,采用证据理论(Dempster-shafer theory,DST)初始化模型参数;结合差分进化自适应Metropolis算法(differential evolution adaptive Metropolis,DREAM)和粒子滤波(particle filter,PF)算法,来计算更新公式中的复杂的高维积分.相比于传统的PF算法,混合PF-DREAM方法可以有效提高样本粒子的多样性,解决重采样算法中粒子多样性匮乏的问题,从而得到更加合理的物理模型.为了证明该方法的有效性,将提出的方法分别应用于电池性能退化和裂纹扩展规律预测.算例表明采用本文提出的模型参数确定方法,使得物理模型更加合理,性能预测更加准确.用于更新的数据越多,模型参数的分散性越小.本文方法应用于高维问题或隐式函数问题时,计算原理和步骤不发生改变,但函数评价次数和计算时间会随之增大. 展开更多

关键词 贝叶斯原理 证据理论 粒子滤波 差分进化自适应Metropolis 算法

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双层微球壳流固耦联振动及声散射分析

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作者 王玉珏 罗宾 +1 位作者 周宇杰 胡洪平 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期674-679,800,共6页

为研究在药物输送中常用包裹药物的双层壳体声散射特性,本文建立了双层微球壳与其内外流体耦联振动模型。通过求解在超声波作用下各层球壳与内外流体的耦合作用方程,得到了球壳径向位移的级数形式解;利用此级数解分析了球壳的材料参数... 为研究在药物输送中常用包裹药物的双层壳体声散射特性,本文建立了双层微球壳与其内外流体耦联振动模型。通过求解在超声波作用下各层球壳与内外流体的耦合作用方程,得到了球壳径向位移的级数形式解;利用此级数解分析了球壳的材料参数和几何参数对声散射特性的影响。结果表明:散射率曲线的峰值总是出现在耦联系统的固有频率处;内层球壳的密度增大200kg/m3时,第1阶子波的第2个散射率峰值增大了13.9%,但对第0阶子波基本无影响;内层球壳的杨氏模量增大40MPa时,固有频率增加近20%;外层球壳厚度增加0.1μm时,固有频率增大的幅度较小,但各散射率峰值减小幅度均大于9%。这些结果有助于了解双层微球壳声散射特性,从而指导药物包裹体的参数设计。 展开更多

关键词 双层微球壳 流固耦联 散射率

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气-液横向流动下悬臂柱体结构涡激振动机理研究 被引量：3

8

作者 严浩 代胡亮 +1 位作者 王琳 倪樵 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2022年第5期577-585,共9页

针对潜艇侦查望远镜举升水面时产生的涡激振动现象,该文建立了悬臂柱体结构受气-液两种不同横向流作用下的涡激振动理论模型.研究了两种流体不同的分布比和密度比对柱体结构涡激振动行为的影响规律.基于Galerkin法和Runge-Kutta法,得到... 针对潜艇侦查望远镜举升水面时产生的涡激振动现象,该文建立了悬臂柱体结构受气-液两种不同横向流作用下的涡激振动理论模型.研究了两种流体不同的分布比和密度比对柱体结构涡激振动行为的影响规律.基于Galerkin法和Runge-Kutta法,得到了柱体结构涡激振动响应的数值结果.研究表明,柱体结构的涡激振动锁频区随着流体分布比的增大而增大,自由端最大幅值随着流体分布比的增大先增大后减小.当分布比为0.5附近时,振幅出现极大值,该极大值随着流体密度比的减小呈现明显的增大趋势.此外,柱体的动力学行为随着流体分布比的变化呈现出周期和多周期等振动模式.该研究可为潜艇侦查望远镜结构的设计与分析提供理论指导意义. 展开更多

关键词 涡激振动 悬臂柱体 锁频 横向流

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基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究 被引量：1

9

作者 陆子 何毅翔 +2 位作者 张岚斌 代胡亮 王琳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3147-3156,共10页

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted ... 流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET),研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制.基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程,通过设计非线性弹簧-质量块构型的NTET,进一步开展了涡激振动控制的实验研究,并与理论预测结果进行了较好的对比,获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值.研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响.本文研究结果表明,该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率.在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时,有更好的减振效果.当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱,会降低涡激振动控制性能.参数分析表明:随着涡激振动控制性能的提升,圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大,能量传递效率逐渐提高.研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据. 展开更多

关键词 涡激振动 非线性吸能器 非线性振动控制 锁频区域

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基于绝对节点坐标法的复杂构型输流管道简支支承设计研究 被引量：2

10

作者 邢浩然 何毅翔 +1 位作者 代胡亮 王琳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期482-493,共12页

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关... 输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关于管道流固耦合动力学的研究大多集中于单一的直管或规则型弯管(如弧型、半圆型和正弦型等),对于实际工程中常见的复杂构型管道,比如L型、S型和U型等,研究还较为少见.文章基于绝对节点坐标法(absolute node coordinate formulation, ANCF)建立了具有普适性的非线性振动理论模型,可用于解决任意构型和任意支承边界下输流管道动力学问题.以L型、S型和U型3种典型构型输流管道为研究对象,首先开展了收敛性分析,找出合适的计算单元数.然后借助CFD仿真结果与理论模型进行对比验证,计算结果表明,相较于有限元方法,基于绝对节点坐标法建立的理论模型在预测复杂构型输流管道的非线性变形时,具有更高的计算效率.基于该理论模型,研究了简支支承位置对3种构型输流管道的固有频率、屈曲位移和应变特征的影响规律.研究发现,存在最优简支支承位置使得输流管道基频达到最大、屈曲位移和应变的极值达到最小.本研究为提高工程中管道的稳定性与使用寿命提供了理论依据与设计指导. 展开更多

关键词 输流管道 复杂构型 绝对节点坐标法 稳定性 支承设计

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混合不确定因素下的复合材料模糊可靠性优化设计 被引量：2

11

作者 魏俊红 陈建桥 滕亚莉 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期183-187,共5页

考虑失效(安全)状态的模糊性以及设计变量和设计参数的区间性,研究复合材料基于模糊状态下随机变量和区间变量共存时结构的可靠度优化设计。算例考虑单层复合材料强度指标的随机性、设计变量或材料参数的区间性以及极限状态的模糊性,结... 考虑失效(安全)状态的模糊性以及设计变量和设计参数的区间性,研究复合材料基于模糊状态下随机变量和区间变量共存时结构的可靠度优化设计。算例考虑单层复合材料强度指标的随机性、设计变量或材料参数的区间性以及极限状态的模糊性,结果说明所提出的基于模糊状态的混合可靠度模型和计算方法的合理性及有效性。同时,对模糊状态以及区间性的影响进行分析和讨论,研究发现极限状态的模糊性、设计变量或材料参数的区间性对可靠性分析及优化设计结果有较大影响。 展开更多

关键词 复合材料 模糊状态 混合不确定 区间分析 可靠性设计

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基于试验扩展法的双层圆柱壳声辐射估算 被引量：2

12

作者 彭伟才 赵高煜 何锃 《中国舰船研究》 2010年第3期13-17,共5页

在总结国内外关于结构噪声预报和估算方法的基础上,提出了一种基于试验扩展的声辐射估算方法,该方法结合数值法和试验法两方面的优点,利用该方法可以通过试验测量内壳的振动而估算出外壳的声辐射,通过数值模型的比较发现,该估算方法简... 在总结国内外关于结构噪声预报和估算方法的基础上,提出了一种基于试验扩展的声辐射估算方法,该方法结合数值法和试验法两方面的优点,利用该方法可以通过试验测量内壳的振动而估算出外壳的声辐射,通过数值模型的比较发现,该估算方法简单可行,便于在实际工程中应用;但对其适用性,还需要进一步的试验验证。 展开更多

关键词 声辐射 双层圆柱壳 扩展法 试验

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考虑相变影响的电阻点焊数字模拟 被引量：3

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作者 易荣涛 赵大伟 王元勋 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期71-74,116-117,共4页

热膨胀作用于焊接整个过程,考虑相变对线膨胀系数的影响,建立了考虑相变影响的电阻点焊二维轴对称有限元数值分析模型.以双相高强度钢DP600为研究对象,考虑相变潜热的影响,得到焊接过程温度场分布结果.利用热弹塑性理论和线性混合法则,... 热膨胀作用于焊接整个过程,考虑相变对线膨胀系数的影响,建立了考虑相变影响的电阻点焊二维轴对称有限元数值分析模型.以双相高强度钢DP600为研究对象,考虑相变潜热的影响,得到焊接过程温度场分布结果.利用热弹塑性理论和线性混合法则,考虑相变对线膨胀系数的影响,对双相钢电阻点焊应力场及工件焊接变形进行了分析研究.结果表明,考虑相变对线膨胀系数的影响,计算分析结果更接近实际. 展开更多

关键词 双相高强度钢 相变 数值模拟 应力场 变形

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分布式运动约束下悬臂输液管的参数共振研究 被引量：15

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作者 王乙坤 王琳 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期558-568,共11页

输液管道结构在航空、航天、机械、海洋、水利和核电等工程领域都有广泛应用,其稳定性、振动与安全评估备受关注.针对具有分布式运动约束悬臂输液管的非线性动力学模型,分别采用立方非线性弹簧和修正三线性弹簧来模拟运动约束的作用力,... 输液管道结构在航空、航天、机械、海洋、水利和核电等工程领域都有广泛应用,其稳定性、振动与安全评估备受关注.针对具有分布式运动约束悬臂输液管的非线性动力学模型,分别采用立方非线性弹簧和修正三线性弹簧来模拟运动约束的作用力,研究了管道在脉动内流激励下的参数共振行为.首先,从输液管系统的非线性控制方程出发,利用Galerkin方法进行离散化;然后,由Floquet理论得出线性系统在失稳前两个不同平均流速下脉动幅值和脉动频率变化时的共振参数区域;最后,考虑系统的几何非线性项和分布式非线性运动约束力的影响,求解了管道的非线性动力学响应,讨论了非线性项及运动约束力对管道参数共振行为的影响.研究结果表明,系统非线性共振响应的参数区域与线性系统的共振参数区域是一致的,分布式运动约束力对发生参数共振时管道的位移响应有显著影响;立方非线性弹簧和修正三线性弹簧模型所预测的分岔路径存有较大差异,但都可诱发管道在一定的参数激励下出现混沌运动. 展开更多

关键词 输液管 脉动流 运动约束 非线性振动 参数共振

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