非粘滞阻尼系统时程响应分析的精细积分方法

考虑一个具有非粘滞阻尼特性的多自由度系统响应的时程分析问题.该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表达式体现为阻尼力等于质点速度与某一核函数的卷积.在利用状态空间方法将系统运动方程转换成一阶的状态方程的基础上,采用精细积分方法对状态方程进行数值求解,得到一种求解该阻尼系统时程响应的精确、高效的计算方法.通过两个数值算例表明,采用该方法得到几乎精确的数值计算结果,而且计算效率有成数量级的提高.     

基于卷积非粘滞阻尼模型的超高层结构风效应分析

有限元方法中相对于对结构质量与刚度特性的描述,结构阻尼的描述仍具有较大的模糊性。随着新型建筑材料与复杂结构体系的发展,以及对计算机模拟要求的提高,阻尼作用的机理与相应阻尼模型的研究成为值得关注的问题。基于一种阻尼力与质点速度历程相关的卷积非粘滞阻尼模型,采用微分求积求解算法,对一个大型复杂超高层建筑结构的风振响应进行了分析,并与常用的比例粘滞阻尼模型进行了对比。对卷积非粘滞阻尼力模型系统的响应特征进行了分析,特别是该模型的松弛效应对结构响应的影响。另外,作为将这种新阻尼模型应用于实际工程的一次探索,本文采用微分求积算法,建立了一套可将该阻尼模型及其求解算法嵌入通用有限元软件的求解系统,可用于复杂结构的动力响应分析。     

基于Volterra积分方程Taylor展开的卷积型非粘滞阻尼系统响应的时程分析方法

考虑一个具有卷积型非粘滞阻尼特性的多自由度系统响应的时程分析问题。非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表达式为阻尼力等于质点速度与某一核函数的卷积,该模型为常用的粘滞阻尼模型的一般化形式。以一种在特定区间内求解第二类Volterra方程的Taylor展开法为基础,对所分析时段中各时间点的响应函数逐步作Taylor展开,代入卷积核来消去运动方程的积分项,通过求解推导出的时变线性方程组完成对卷积型阻尼模型系统的时程响应分析。数值算例验证了该方法的有效性。该方法增大时间步长可以大幅减少计算量,计算精度有所下降。     

基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法

黏性阻尼模型存在每周期耗散能量与外激励频率相关的缺陷, 复阻尼模型时域计算结果存在发散现象. 为克服上述两种阻尼模型的不足, 在复阻尼模型基础上, 依据时频域转化原则推导了频率相关黏性阻尼模型. 频率相关黏性阻尼模型不仅具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点, 还保证了结构位移时程的稳定收敛. 混合结构由具有不同阻尼特性的材料组成, 其阻尼矩阵为非比例矩阵, 无法直接采用实模态叠加法. 根据频率相关黏性阻尼模型与复阻尼模型的转换关系, 提出了适用于混合结构的基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法. 算例分析结果表明, 与基于黏性阻尼模型的复模态叠加法相比, 基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法不仅计算结果唯一, 且不增加矩阵维度, 具有较高的计算效率. 小阻尼情况下, 两种方法的计算结果近似相等, 且与复阻尼模型的频域计算结果一致. 当阻尼比较大时, 两种方法的计算结果差异增大, 但频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法与复阻尼模型的频域计算结果仍保持一致.      

非比例阻尼体系等效Rayleigh阻尼模型时域计算方法

Rayleigh阻尼模型具有数学简易性的优点，应用广泛，其阻尼矩阵构造依赖于结构模态阻尼比。结构阻尼(复阻尼)模型的阻尼矩阵直接由材料损耗因子和刚度矩阵决定，在非比例阻尼体系中具有阻尼矩阵便于构造的优点，但存在时域计算结果发散、初值条件不易确定和频响函数非因果等缺陷。本研究结合两种阻尼模型的优点，分别依据阻尼衰减和阻尼耗能，提出了与结构阻尼模型等效的Rayleigh阻尼模型。算例分析结果表明：等效Rayleigh阻尼模型克服了结构阻尼模型的缺陷，同时保留了非比例阻尼体系中阻尼矩阵易构造的优点；与基于阻尼衰减等效的Rayleigh阻尼模型相比，基于阻尼耗能等效的Rayleigh阻尼模型计算结果近似相等，但避免了复模态分析，且计算过程直观简单。     

液体边界层对平板结构振动阻尼效应分析

本文分析了液体边界层对平板振动的阻尼效应，基于液体的Stokes边界层理论，建立了考虑液体边界层阻尼效应的平板振动单自由度系统运动方程，利用Laplace变换方法求解了运动方程，得到了平板结构的位移响应解答，制作了一个单自由度质量-弹簧系统来测量水体粘滞阻尼效应，并将理论与试验结果进行了对比分析，表明Stokes边界层理论能较好模拟水体的粘滞阻尼特性，边界层阻尼明显减小了结构的动力响应，本文最后讨论了所提的分析方法的适用范围．     

地表垂直爆破震动速度的数值计算

针对爆破震动速度计算中存在的问题,提出了分两步计算的方法,即先计算爆炸近区由炸药爆炸引起的冲击压力,再计算远端震动区的质点震动速度。并对动力学计算中的阻尼问题进行了初步讨论。利用本文提出的方法对岩粉、水和空气三种不同间隔装药结构下的不同质点处的震动速度进行了计算,计算结果与实测结果吻合较好。岩粉间隔装药条件下的计算地表垂直震动速度最大,水间隔装药次之,空气间隔装药最小。     

黏弹性结构振动阴尼等效化方法的讨论

基于能量等效的原则将黏弹性结构振动阻尼等效简化成黏性阻尼模型来处理是工程上常用的方法,本首先介绍了能量等效法,并提出了一种基于系统特征值相等原则的等效方法;详细讨论并比较了两种黏性阻尼等效方法所得到的等效系统,指出基于能量、特征值等效的原则实质上分虽等价于系统的频率响应函数、频率响应函数幅值的等效性。     

基于随动坐标系的开裂纹转子系统转动阻尼对振动稳定性影响的研究

区分固定阻尼和转动阻尼的情况下,建立了基于Lagrange方程的随动坐标系下开裂纹转子的运动方程。在此基础上采用了基于Routh-Hurwitz判据的根轨迹法,做出了裂纹转子非线性振动的坎贝尔图、衰变率图、根轨迹图;以此为依据分别研究了无阻尼开裂纹转子、具有一定比例的粘滞阻尼开裂纹转子运动稳定性。从而得出粘滞阻尼、粘滞阻尼中不同转动阻尼所占的比例以及对系统稳定性的影响,为裂纹转子故障诊断和不稳定振动控制提供了理论依据。     

一种高效的叶轮机叶片气动阻尼计算方法

运用叠加原理, 发展了一种可以运用于小振幅运动的叶轮机叶片非定常气动力降阶模型, 并将该模型与传统的能量法相结合, 提出了一种叶轮机叶片气动阻尼的高效求解方法. 运用该方法求解叶轮机叶片的气动阻尼系数, 对某个频率、某个模态只需要进行一次非定常计算, 就可以求出所有叶间振动相角下的气动阻尼系数, 提高了气动阻尼的求解效率. 在STCF4和NASA Rotor67两个算例上运用非定常雷诺平均N-S(RANS)方程和提出的降阶模型进行了对比计算.算例表明, 在小振幅下该方法的计算结果与RANS方程计算得到的气动阻尼系数能很好地吻合, 而计算效率相比多通道非定常RANS方程计算提升了近一个数量级, 并且该方法还可以运用于有失谐情况的颤振分析, 在工程上有较高的应用价值.      

地铁引发地面振动分析中阻尼矩阵构成模式的探讨

以某地铁区间线路为例,建立二维有限元分析模型,通过数值计算,分析了瑞利阻尼和柯西阻尼两种阻尼矩阵构成模式对地铁引发地面振动响应计算结果的影响,并与采用滞后阻尼假定的频域解进行了比较,讨论并提出了不同阻尼矩阵构成模式在地铁引发地面振动分析中的适用范围及有效性.数值结果表明:在地铁振动分析中,应选择结构基频和荷载卓越频率作为控制频率来确定阻尼瑞利矩阵.与瑞利阻尼模型相比,应用柯西阻尼模型能达到较好的计算精度,但会增大动力分析的计算量.     

高阻尼混凝土剪切阻尼性能的测试装置设计

高阻尼混凝土的阻尼性能与工作频率紧密相关, 以往测试材料阻尼性能的黏弹谱仪或 动态力学分析仪, 无法测试如混凝土之类大尺寸材料的剪切阻尼性能. 针对高阻尼素混凝土 剪切直杆, 采用复阻尼模型, 建立剪切振动方程, 通过振型分解法求得简谐荷载激励下杆端 稳态位移反应, 得到了混凝土材料剪切阻尼性能的测试公式, 并设计了相应的阻尼测试装置. 该测试装置为研究混凝土类大尺寸材料的剪切阻尼性能和阻尼机理奠定了重要基础.     

关于复阻尼理论的两个基本问题

本文讨论有关复阻尼理论的两个重要的基本问题:复阻尼的实质问题和复阻尼结构动力响应的时域解法问题.为探究这两个问题,先建立了频率相关粘性阻尼理论,然后再给出复阻尼振子强迫振动响应的正确和适用的解答.     

组合结构振动的等效阻尼比

本文采用滞后阻尼的假定，在获得组合结构含有滞后阻尼系数的复频率方程后，进而导出了一种分析组合结构体系效阻尼比的方法，只要在实数范围内，采用通常的特征值方法或所选用２的软件。便可获得各种组合结构任一阶等铲阻尼比，简单且实用，本文最后给出了一个组合悬臂结构和组合高层建筑筒体结构的实例。     

Characterization of the Damping Behavior of a Nanoindentation Instrument for Carrying Out Dynamic Experiments

A new displacement modulation based dynamic indentation method is demonstrated and shown to be effective for viscoelastic characterization of a glassy polymer. The analysis of dynamic experiments requires a complete understanding of the measuring system’s dynamic characteristics especially the damping. Accordingly, an improved method, based on the use of a wire spring, is developed for determining the damping characteristics. In general, damping in an indentation instrument is contributed by two elements: the eddy current damping from the electromagnetic loading coil and the squeeze film damping from the capacitive displacement transducer. Therefore, a method to determine the relative contribution from the different damping elements present in the system is demonstrated and the results are compared with the calibration obtained from the wire spring method. Finally, dynamic indentation tests are carried out on a glassy polymer to obtain the complex modulus; the values of which are compared with those obtained from bulk dynamic mechanical analysis (DMA) tests. Storage modulus values are found to be in good agreement with bulk data but some divergence in the case of loss modulus is observed. The calibration procedure of the measuring instrument is critically examined in view of these observations. Overall, displacement modulation based dynamic indentation is shown to be a promising method for viscoelastic characterization at the micron length scales. An erratum to this article can be found at     

聚苯胺体系电流变流体的阻尼机理及阻尼模型研究

对聚苯胺体系电流变流体在正弦信号作用下的阻尼力响应及其频谱特性进行了理论和实验研究。提出电流变流体的非线性阻尼力的频谱是由基频和频率为基频奇数倍的高次谐波分量组成。建立了由粘性阻尼和迟滞阻尼组成的电流变流体阻尼模型，通过对模型的傅立叶变换及数值仿真，验证了理论分析及阻尼模型的正确性。     

结构阻尼模型及系统时域动响应

振动界对经典的非频变结构阻尼模型一直有种种争议,本文检查了它的前提并指出将该模型推广到系统时域动响应分析时导致的悖论.为了提供结构阻尼系统的时域动响应实用分析方法,文中分别提出了基于响应优势谱成份的粘性阻尼近似模型和基于粘弹性理论的三参数频变结构阻尼模型;它们既可逼近结构阻尼缓频变的特性,又可保证系统的时域动响应具有因果性.     

一种赤道刻线静电陀螺仪主动阻尼控制方案及其实验研究

提出一种采用转子赤道刻线，利用赤道光电传感器的输出来控制阻尼力矩方向的半球施矩主动阻尼控制方案。在气浮装置上用大球转子进行了模拟试验。试验表明该主动阻尼控制方案可在大范围内对转子进行阻尼，大大减少了阻尼时间。中对大球转子及实心转子主动阻尼结果进行了对比分析，表明对于实心转子ESG，赤道刻线主动阻尼方案能将阻尼时间减少到被动阻尼的10％。     

玻璃纤维、碳纤维复合材料的阻尼性能分析

对复合材料的阻尼性能进行分析和有效预报能够实现对结构振动冲击、噪声、疲劳破坏的有效控制,有着非常重要的工程实际意义。本文采用悬臂梁法对玻璃纤维和碳纤维复合材料进行阻尼测试;同时用Adams-Bacon法和Ni-Adams法对实验结果进行了分析。结果发现:玻璃纤维、碳纤维复合材料的损耗因子峰值均出现在纤维角度30°附近;载荷低频段时材料的阻尼性能优于高频段时的阻尼性能。     

充液或部分充液转子的动力稳定性

本文讨论了具有内外阻尼的高速充液转子的动力稳定性。首先通过对旋转流体的平面流场的求解，导出充液转子作简谐运动时流体对转子的动压力，由此导出转子的运动方程；讨论了充液转子的动力稳定性，给出了稳定性解析判据和稳定性边界。结果表明，存在转速门槛值，低于该转速时，充液转子可存在稳定区；当高于该转速时，系统永远失稳，这一结论复盖了已有文献的结果。