杆系结构在周期荷载作用下的自参数内共振研究

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当一个杆系结构包含一个主系统和一个次系统时,主系统承受外部周期荷载会发生振动,而主系统的振动成为次系统的参数激励,这种由于主系统振动诱发的次系统参数共振称之为“自参数共振”。当主系统自然频率是次系统自然频率的2倍时,主系统共振诱发的次系统参数共振称之为“自参数内共振”,这种内共振对结构具有更大的破坏作用,目前对于杆系结构的自参数内共振问题的研究还很少。本文采用数值模拟和模型试验相结合的方法,对结构自参数内共振的稳定性进行了研究,主要工作如下:
  (1)建立了Γ形和T形杆系结构体系的有限元运动方程,采用改进的Newmark方法计算了结构不稳定响应,采用能量增长指数/系数(EGE/EGC)方法分别对两类杆系结构进行了自参数内共振和普通自参数共振的分析,并进行了相应稳定性质的比较与讨论。
  (2)设计制作了Γ型结构试验模型,研究了结构在非接触式激励作用下自参数内共振和普通自参数共振,给出了自参数内共振和普通自参数共振的不稳定边界,综合对比分析了理论与试验结果。
  本文研究结果表明:在结构系统中,当主系统自振频率是次系统自振频率的2倍时,外部激励频率接近主系统的自振频率时,主系统的普通共振先发生,次系统的自参数内共振将延迟发生,次系统的参数共振一般由主系统的稳态共振所激发,自参数内共振所需的力比(普通的)自参数共振的力小很多,因而自参数内共振更容易发生,其危害性更大,且自参数内共振的不稳定区域明显比自参数共振不稳定区域要大。
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