【摘 要】
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V型悬臂梁作为一种变刚度、变截面结构,在原子力显微镜、微型能量采集器及仿生推进器中得到了广泛应用,而且该类结构通常在空气或水等粘性流体环境下工作,使得V型悬臂梁结构的流固耦合振动特性变得更为复杂。本文针对变刚度V型悬臂梁结构在粘性流体环境下的流固耦合振动问题,综合考虑V型悬臂梁结构的孔宽比、振动频率以及振动幅值,通过求解Navier-Stokes方程,推导出V型悬臂梁结构在较大振幅时的水动力学函数
【机 构】
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上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240
【出 处】
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
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V型悬臂梁作为一种变刚度、变截面结构,在原子力显微镜、微型能量采集器及仿生推进器中得到了广泛应用,而且该类结构通常在空气或水等粘性流体环境下工作,使得V型悬臂梁结构的流固耦合振动特性变得更为复杂。本文针对变刚度V型悬臂梁结构在粘性流体环境下的流固耦合振动问题,综合考虑V型悬臂梁结构的孔宽比、振动频率以及振动幅值,通过求解Navier-Stokes方程,推导出V型悬臂梁结构在较大振幅时的水动力学函数,结果表明,梁结构孔宽比及振动频率增大时,V型梁结构所受附加质量力和流体阻尼力减小,而振动幅值增大时,附加质量力基本不变,流体阻尼力明显增大。采用该水动力学函数,建立V型悬臂梁结构在粘性流体环境下的动力学模型,并利用Galerkin方法求解该模型,得到了粘性流体中V型悬臂梁的频率响应。同时,我们设计并研制了V型悬臂梁结构在水环境下的振动试验装置,制备不同弹性模量和结构尺寸的V型悬臂梁,通过实验研究发现：在不同频率和幅值的正弦激励下,测得不同条件时V型悬臂梁的频率响应与理论分析结果吻合较好。
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