柔性梁和板結構非線性振動實驗研究

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1、北京工業(yè)大學碩士學位論文柔性梁和板結構非線性振動實驗研究姓名：何運成申請學位級別：碩士專業(yè)：工程力學指導教師：張偉20090501摘要摘要柔性梁和板結構無論是在大型空間站等航空、航天領域中，還是在船舶、汽車、建筑等民用工程領域中都是非常重要的組成部分。隨著工程結構的大型化、柔性化和輕質(zhì)化，以及對結構的高可靠性、高精度、高穩(wěn)定性的要求越來越高，對柔性梁和薄板結構的動力學與振動控制的研究日益重要。非線性因素對機械柔性結構的動力學特性有非常重要的影響，因此，研究柔性梁和板結構的非線性振動具有非常重要的理論意義和

2、實際應用價值，能夠為結構的設計和控制提供重要的理論指導依據(jù)。本論文主要對具有方形截面的柔性懸臂梁、金屬材料矩形薄板和碳纖維復合材料層合矩形薄板進行系統(tǒng)的非線性振動實驗研究。主要研究內(nèi)容有如下幾個方面：1．研究了簡諧參數(shù)激勵作用下方形截而：懸臂梁系統(tǒng)非線性振動響應，主要內(nèi)容如下：1)通過理論計算、Ansys有限元模擬給出了方形截面梁的固有頻率并同實驗觀測到的共振頻率對比，發(fā)現(xiàn)了超諧和亞諧共振等非線性現(xiàn)象；2)實驗研究了共振區(qū)域懸臂梁模態(tài)階次和振動方向的轉(zhuǎn)變過程；繪制了頻響和力幅值曲線；討論了系統(tǒng)受迫響應與初

3、始振幅之間的關系：3)研究了由于模態(tài)相互耦合作用，梁的響應在倍周期、概周期和混沌之間轉(zhuǎn)化的非線性動力學行為；觀察到了兩類多模態(tài)組合共振的組合方式以及不同方式所對應的混沌脈沖跳躍現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)了梁的大幅回轉(zhuǎn)運動和陣發(fā)混沌運動；4)實驗測定了梁對應不同模態(tài)的相對阻尼系數(shù)。2．研究了幾何尺寸、邊界條件、激勵等因素對金屬材料矩形薄板和碳纖維復合材料層合矩形薄板系統(tǒng)振動響應的影響。具體內(nèi)容如下：1)通過理論計算、Ansys有限元模擬給出了矩形薄板的固有頻率和模態(tài)；2)通過錘擊法、掃頻等方法給出了板系統(tǒng)的共振頻率，分別討

4、論了幾何尺寸、邊界條件、激勵等因素對系統(tǒng)共振的影響；基于掃頻結果，討論了板的非線性頻響特性；3)實驗發(fā)現(xiàn)了一類高階激勵頻率激發(fā)起低階非固有頻率所對應的共振現(xiàn)象。關鍵詞：非線性振動，實驗，混沌，懸臂梁，矩形薄板北京Y,lk大學T學碩十學位論文ABSTRACTFlexiblebeamandplatestructureshavebeenincreasinglyusedinfieldsofaerospaceandcivilengineering．Correspondingly,moreandmorerequire

5、mentsofreliability,precisionandstabilitybecomeconsideredduetothespecialcharacteristicsofthesestructuressuchaslightaromaticsandflexibility．Researchonthedynamicsandvibrationcontrolofthesestructures，therefore，areofgreatimportance．Nonlinearvibration,bifurcati

6、onsandchaoticdynamicsplayallimportantroleinnonlinearscience．Specificresearchesonnonlineardynamicsofmechanicalflexiblestructurescanprovideessentialtheoreticalguidancefortheirdesignandcontrolinengineeringapplications．Inthispaper,nonlineardynamiccharacterist

7、icsofflexiblecantileverbeamwithsquaresection，metallicplateandCompositeLaminatedPlatehavebeeninvestigatedindetailusingexperimentalmethod．Themaincontentsareasfollow：1．Forcantileverbeam，thecasewithharmonicparametricexcitationhasbeenmailydiscussedwiththefollo

8、wingdetails：1)Naturalfrequenciesobtainedmathematicallyhavebeencomparedwiththoseofexperiments，bywhichsub—harmonicandsuperharmonicresonancehasbeenfound；2)Translatingprocessesbetweendifferentmodeordersandmodedirections