智能材料、板、拱结构的强非线性动力学特性研究

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本文就智能结构,板结构及拱结构的非线性动力学行为进行了较为系统的研究,对其进行了严谨的理论分析和数值计算,本文做了以下的工作: 1、综述了智能结构、板、拱结构非线性动力学研究概况,概述了强非线性振动理论研究现状。 2、对各向同性压电矩形薄板模型,利用Hamilton 原理导出了压电矩形薄板的非线性振动偏微分方程,并用双重Fourier 级数展开法和Galerkin 方法获得四边简支压电矩形薄板非线性振动的常微分方程,通过初值变换法求解了三次强非线性硬弹簧型Duffing 方程,并和精确解以及L-P 法、改进的L-P 法得到的结果进行比较,结果表明初值变换法与L-P法、改进的L-P 法相比对于强非线性系统具有更好的精度,和精确解十分吻合,解的形式简单。 3、建立非线性粘弹性轴对称圆板的偏微分方程,利用Galerkin 方法简化为二次强非线性常微分方程,应用初值变换法对含有二次强非线性项的常微分方程进行了求解,并和数值解以及L-P 法、改进的L-P 法得到的结果进行比较,结果表明,与L-P 法、改进的L-P法相比对于非对称强非线性系统不仅具有更好的精度,而且应用范围更广,L-P 法、改进的L-P 法仅能求解两种类型的二次非线性振动方程,而初值变换法三种类型的二次非线性振动方程都可以求解。 4、建立了拱结构的弱非线性动力学偏微分方程,利用Galerkin 方法简化为既含有二次非线性项又含有三次非线性项的常微分方程,推导了扁拱结构的基谐波响应和组合谐波响应,分析并绘制了弹性拱结构的相平面轨迹、时程曲线、Poincare 映射、通过Melnikov函数法找出了系统发生混沌的临界条件。 5、以两自由度强非线性弹簧系统为例,建立了两自由度耦合强非线性常微分方程,应用初值变换法进行求解,得到了在不同参数下系统的初值变换解和精确解(或数值解),并进行了比较,结果表明在两自由度系统中,初值变换法得到的结果和精确解(或数值解)吻合较好。 综上所述,初值变换法不仅适合于求解对称强非线性振动系统,而且适合于求解非对称强非线性振动系统,利用两项谐波就可以得到较高的精度;初值变换法不仅适合于求解单自由度强非线性振动系统,而且适合于求解多自由度强非线性振动系统。利用初值变换法进行多自由度内共振控制,非线性模态分析,分岔,混沌的研究还有待于进一步探讨。
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