摘要：在高层建筑设计过程,往往需要通过控制基本周期来实现更合理的设计。现有针对建筑基本周期的理论研究中,对于弯曲变形为主的剪力墙结构和剪切变形为主的框架结构,均有显式表达,但对于高层建筑常用的框架-核心筒结构,则缺少显式表达。本文基于哈密顿原理出发,采用变分法对框架-核心筒结构的基本周期进行推导,在考虑了框架柱轴向变形后,通过引入弯剪协同周期系数得出框架-核心筒结构基本周期的计算公式,并通过高层建筑有限元模型验证了公式的准确性。

摘要：海洋立管在钻井作业时一旦遇到恶劣天气须将底端总成和防喷器断开,待天气好转需重新连接称为再入井作业.深海区钻井立管发生断开的概率大幅增加,为适应多变的海况需要快速完成再入井过程.提出基于模型预测控制(MPC)再入井控制系统;基于哈密顿原理建立悬挂立管分析模型,设计优化函数及约束项,构建非线性扰动观测器实现洋流力模型误差和洋流速度扰动补偿,与传统比例-积分-微分(PID)控制作业进行仿真比较.MPC系统作用下,母船迅速响应,立管能快速稳定完成再入井作业,较好处理洋流力模型误差,并在洋流速度扰动下具有良好鲁棒性.立管由于长径比大幅增加导致柔性显著增强,在母船及海洋环境力激励下,悬挂立管在快速再入井过程中高阶模态可能被激发.

摘要：本文提出了一种基于物理信息的神经网络(PINN)框架来分析在Winkler-Pasternak基础上的三维功能梯度FG多孔细长梁的非线性屈曲行为.使用简单的网络,PINNs只需要很少的训练数据来获得较高的精度.在这项工作中使用的强大工具可以处理任何类型的偏微分方程.我们使用深度学习平台TensorFlow和DeepXDE库来设计我们的网络.在本研究中,PINNs框架从梁系统的控制微分方程和边界条件中获取信息,并输出临界非线性屈曲载荷.利用哈密顿原理,考虑几何的非线性,建立了数学模型.通过将建模框架应用于各种边界条件情况以及三维功能梯度FG指标等物理参数对非线性力学行为的影响,仔细检验了建模框架的准确性.最后,利用广义微分求积法(GDQM)对PINNs结果进行了验证.研究结果表明,所提出的PINN框架能够较好地表征三维功能梯度FG多孔细长梁的非线性屈曲行为.此外,PINN预测梁的非线性屈曲行为的速度比数值方法快71倍.

摘要：变压器绕组振动信号与其机械状态密切相关,但现有的绕组振动机理研究尚不能很好地支持变压器绕组机械状态检测方法研究。为此,考虑变压器绕组机械振动与其所处漏磁场的相互耦合作用,建立了绕组两体振动模型,采用哈密顿原理推导出了模型的振动数学方程,解释了由机电耦合作用所引起的绕组非线性振动现象,完善了绕组振动机理,并通过理论分析及试验验证确定了绕组多倍频振动产生的条件。研究结果表明:绕组的振动主要集中在基频100 Hz处;然而,在机电耦合作用下,当绕组固有频率满足电流激励的整数倍时,会出现参变共振多倍频振动,振动频率为电流频率的整数倍。研究结论对变压器绕组机械故障诊断、抗短路能力设计、减振降噪技术具有指导意义。

摘要：将双层超磁致伸缩薄膜(Giant magnetostrictive thin film,GMF)悬臂梁的磁致伸缩作用等效为分布弯矩作用,以简化磁机耦合模型。在几何非线性弹性变形理论基础上,根据哈密顿原理推导出超磁致伸缩薄膜非线性变形的控制方程,并给出超磁致伸缩薄膜悬臂梁静态几何非线性变形模型、非线性主共振和超谐波共振响应模型。采用悬臂梁式超磁致伸缩双层膜(铽镝铁—聚酰亚胺—钐铁)进行变形特性的试验研究,发现超磁致伸缩双层膜表现出明显的几何非线性变形特征,悬臂梁端部位移量约为厚度的2/3;同时检测到悬臂梁的超谐波共振现象,前三阶超谐波共振的驱动效率与一阶主共振的驱动效率具有可比性。将所提出的静态非线性变形模型和振动响应模型分别与试验结果对比发现,两个模型可较好地说明双层超磁致伸缩薄膜的非线性变形特性,为有效地利用超磁致伸缩薄膜设计开发微驱动器和微传感器提供依据。

摘要：尺寸效应将影响多段微梁的固有振动特性。针对微机电系统中一种三段式微梁,基于哈密顿原理建立了多段微梁的无阻尼自由振动方程,并求出微梁的固有频率和模态,将不同角度下的理论结果与有限元仿真进行对比验证。采用修正偶应力理论推导考虑材料尺度参数的多段微梁变形能表达式,并进行多段微梁固有频率和模态的尺寸效应分析。结果表明:随着材料尺度参数与特征尺寸比值的增大,多段微梁的固有频率逐渐增加。微梁各段间的角度越大,尺寸效应对1阶固有频率的影响越显著,而尺寸效应对微梁的模态几乎没有影响。

摘要：[目的]为了快速寻找到甲板结构在轮印载荷下的最危险工况,[方法]针对任意边界条件下多跨梁弯曲问题,首先利用改进的傅里叶级数方法(IFSM)描述多跨梁的位移函数,列出位移函数需满足的边界方程,并求解得到级数中各系数间的关系式;然后,基于哈密顿原理得到能量控制方程,采用伽辽金方法求解出满足边界条件的梁结构位移函数,通过算例,与有限元结果进行对比,验证此方法的正确性;最后,将该方法应用于轮印载荷下多跨梁最危险工况的计算中。[结果]结果表明,所用方法的计算结果与有限元结果的误差小于0.05%,具有很好的精度。[结论]相比有限元法,所用方法求解多跨梁最危险工况的速度得到极大提高,同时结合遗传算法,可获得更为精确的轮印载荷最危险工况的作用位置。

摘要：在机电耦合本构方程基础上，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导了压电薄板屈曲分析的有限元特征方程和机电耦合的内力计算公式，在有限元实现中选择了基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄板假定的四边形薄板单元（ＤＫＱ单元），并给出该单元的几何刚度阵及其数值积分方法．在大型通用有限元分析和优化设计软件系统ＪＩＦＥＸ中实现了该方法．给出的数值验证了　ＤＫＱ单元在屈曲分析和压电薄板静力分析中具有较高精度和收敛性，通过机械荷载和电荷载联合作用下的临界荷载计算，表明压电耦合效应能够影响结构的稳定性，可以通过改变外加电压对结构稳定性进行控制．

摘要：针对末端位置受约束的双连杆柔性机械臂,通过哈密顿原理得到系统的分布参数模型,推导了描述关节角,柔性杆振动和接触力之间关系的动力学模型。根据3个假设条件推导柔性臂简化的集中参数动力学模型及准静态方程,利用了计算力矩法设计的控制器对模型进行控制,通过Matlab进行仿真,利用Matlab的符号运算功能,编制M文件实现数学模型自动推导,整个建模和运算过程简单、直观和高效,并绘制了参数轨迹图像,验证了模型的有效性,已应用到小波神经网络控制算法研究中。

摘要：针对地震作用下立筒群仓整体动力反应,采用以哈密顿原理为基础的能量法,建立立筒群仓模型在振动台正弦式位移作用下的强迫振动运动方程,将其简化为竖向Timoshenko梁的组合体,选取中性面的挠度和横截面绕中性轴的转角为基本未知函数,将立筒群仓模型在振动台正弦式位移作用下的强迫振动问题转化求解为由中性面的挠度和横截面绕中性轴的转角这两个未知函数组成的常微分方程组。然后,利用常微分方程求解器(ODE solver),得到立筒群仓模型的位移和剪切角,并根据计算结果指导试验设计及测点布置,为立筒群仓模型的地震模拟振动台试验奠定基础,同时为立筒群仓的在强迫振动作用下的动力特性分析提供了一种新的方法。