基于敏感参数修正的结构动态特性设计方法

本文提出了一种基于敏感设计参数修正的求解有限元逆特征值问题的新方法，以解决满足固有频率，固有振型及质量，质心等预定要求的结构动态特性再设计问题。针对通常设计结果对给定的固有振型的误差相当敏感，本文利用列主元ＱＲ分解将设计参数分为敏感设计参数和非敏感设计参数；通过敏感设计参数的修正求解满足预定要求的设计结果。算例及实际设计表明本文方法具有高效、可靠的特性。     

有频率、振型节线位置要求的结构动力学优化设计

本文提出了一种同时满足固有频率、振型节线位置等要求的结构动力学设计方法。该方法先建立了振型节线位置及变化与独立设计参数的关系，然后在某些约束下利用优化方法求解设计结果，文中同时还给出了模态空间中固有频率、振型灵敏度分析的数值计算方法。实例表明它能有效地解决一些工程结构设计时涉及到固有频率、振型节线位置要求的结构动力学设计问题。     

有频率,振型节线位置要求的结构动力学优化设计

本文提出一种同时满足固有频率，振型节线位置等要求的结构动力学设计方法，该方法先建立了振型节线位置及变化与独立设计参数的关系，然后在某些约束下利用优化方法求解设计结果，文中同时还给出了模态空间固有频率、振型灵敏度分析的数值计算方法，实例表明它能有效地解决一些工程结构设计时涉及到固有频率，振型节线位置要求的结构动力学设计问题。     

火炮身管横向振动分析

确定身管的固有频率与振型是研究火炮振动最基本的问题。本文研究了身管在射击平面内横向固有振动的解析解,导出身管的各阶固有频率与固有振型的通用修正计算公式,与建立有限元模型相比,用此式估算身管固有特性简便快捷,实例表明该式也具有较高的计算精度。     

辅助质量块—单裂纹悬臂梁耦合系统固有频率的理论研究及其应用

论文研究了辅助质量块—单裂纹悬臂梁耦合系统的固有频率,用无缺陷悬臂梁固有振型叠加一个多项式来近似拟合含单裂纹悬臂梁的振型,由动力学方法推导了辅助质量块—单裂纹悬臂梁系统的固有频率方程的解析形式,系统频率随着质量块在梁上位置改变而改变,即可得到固有频率曲线,此频率曲线包含了缺陷信息,因此可对固有频率曲线进行平稳小波变换来识别梁上的缺陷.同时用有限元计算结果对上述固有频率理论推导进行验证,有限元结果与论文理论推导结果相一致.最后论文数值计算了质量块大小、缺陷深度、位置等因素对系统固有频率的影响,也探讨了平稳小波变换用于识别损伤,结果验证了该理论推导的可靠性和损伤识别的准确性.     

裂纹损伤对塔壳结构动态特性的影响研究

基于数值方法研究裂纹损伤对塔式壳体结构动态特性的影响。建立了等截面直立塔壳结构有限元模型,采用刚度下降法模拟不同程度受损单元,计算了无损和不同损伤工况下(耳式支座与塔体角焊缝处环向裂纹损伤),结构的固有振动特性和脉动风载荷作用下结构的动态响应。结果表明:结构振动信号可以反映塔壳结构局部不同程度损伤的影响,裂纹损伤对固有频率影响较小,最大20%损伤对固有频率的减小约为7%~8%;对模态振型影响较大,尤其在高阶(如15阶频率)上可能出现新的振型;对位移响应、动应力影响最为明显。     

基于连续抗弯刚度模型的裂纹梁动力指纹损伤识别

基于断裂力学的应变能概念,建立裂纹简支梁连续抗弯刚度模型,提出基于连续抗弯刚度模型的裂纹梁动力指纹损伤识别方法。借助有限差分方法、Mathematica软件编程求解裂纹梁动力指纹(固有频率、振型、振型曲率),通过与铰接法及FEM法对不同裂纹工况下裂纹梁固有频率的数值计算比较及误差分析,成功验证了方法的有效性,并探讨了裂纹参数对动力指纹的影响。算例分析表明:连续抗弯刚度模型对裂纹参数变化敏感,裂纹梁抗弯刚度在裂纹处呈现最小值,邻近区域抗弯刚度受裂纹影响明显;裂纹简支梁的动力指纹随裂纹参数的变化呈跨中对称变化;裂纹梁结构的固有频率与振型曲率耦合的识别方法可以较好地识别出梁结构裂纹参数,识别误差为2.23%,证实了基于动力指纹检测裂纹损伤的可行性。本文结果为梁结构裂纹的检测提供了重要的理论依据,有广泛的实用与理论研究前景。     

航空发动机模拟机匣动力学模型修正研究

针对有限元建模中由于各种误差(如建模误差等)会给计算结果精度带来影响的问题,提出了一种利用模型修正来提高有限元计算结果精度的方法。首次使用了一阶优化方法,以所测试的模态频率和振型为参考,对有限元模型进行修正。首先,以某航空发动机模拟机匣为研究对象,对其进行模态测试,得到其模态频率和振型。然后,以机匣的前10阶计算模态频率与测试模态频率之间误差最小为优化目标,使用Nastran软件对各部件有限元模型中单元的弹性模量进行了修正,并计算了模型修正前后的机匣模态频率和振型,同时与测试模态频率和振型进行对比。结果表明,修正后的有限元模型计算结果与测试结果吻合良好,二者模态振型一致,模态频率的最大误差不超过1%。由此说明修正弹性模量的模型修正方法合理、可行,适用于工程上大型复杂结构的有限元准确建模。     

周期旋转对称结构的动力特征

本文根据离散化的周期旋转对称结构的刚度阵、质量阵形式,给出了一个确定其固有频率的快速算法,并证明这种结构有一系列重频率存在。在此基础上,本文最后讨论了在实际应用中如何更有效地确定该种结构的前几阶最低频率的问题.     

有多阶固有频率要求的组合结构设计

在各子结构的振动固有特性（固有频率、振型）已知下，通过设计子结构间的连接元件，使得组合结构的多阶固有频率得到满足。在组合结构动力重分析中，以各子结构的剩余附着模态作为其保留模态的补充，进行模态缩减，保证了计算的精度，提高了计算速度。对具有刚体模态的子结构采取了移频处理技术。文中给出的两个设计计算实例，表明了本文方法的有效性。     

用连续质量有限元素法求解动力系统的固有特性

1.问题的提出在求解动力系统的固有特性时,现在常用的有限元素法的核心在于对所研究的元素假定位移(插值)函数.它们通常是与振动频率无关的纯几何函数.应用这种函数导得的“质量矩阵”和“刚度矩阵”去求解系统的固有特性,阶数是有限的,误差随阶次增高而加大.就频率而言通常只有前半数能满足工程使用要求,振型及其导数     

力学复合环境下挠性陀螺仪的动力学分析

为研究分析挠性陀螺仪在过载振动复合环境下附加误差形成的机理和建立误差补偿模型,从结构分析入手,采用有限元分析软件ANSYS建立陀螺仪的实体模型和有限元模型,计算陀螺仪的章动频率,并与实验测量值进行比较,验证了模型的正确性;对挠性陀螺仪在过载-振动复合环境中的动力学特性进行分析研究,得到了各节点轴向位移,结合施加的载荷即可以计算得到陀螺仪的漂移角速度;同时通过模态分析计算得到陀螺仪的固有频率及相应振型.     

完整航空双联斜齿圆柱齿轮的三维有限元动力分析

本文根据(1)文中提出的方法,在微机上计算了一具有2160个自由度的完整航空双联齿轮的前12阶固有频率及振型。通过采用不同的计算模型,研究了轴、辐板布置及尺寸对该齿轮固育频率及振型的影响。计算结果表明,轴主要影响圆柱齿轮的扭转振动频率,斜辐板布置形式不但增加了齿轮的轴向刚度,而且使整个齿轮的固有频率较同样尺寸下的直辐板齿轮的固有频率大大增加。     

基于回传波射矩阵法的空间杆系结构固有特性及结构阻尼影响分析

基于三维杆系结构的回传波射矩阵理论分析了空间框架结构的固有特性.通过获得的确定结构固有频率的矩阵方程,针对一座二层含有完全铰接点和固定铰支座的空间杆系结构,利用频响函数曲线法和求根法两种方法计算了结构的固有频率,并给出了振型结果.与有限元分析软件ANSYS的计算结果比较,表明了本文模型的有效性和计算精度.同时,通过计算阐明了复刚度阻尼对结构共振频率的影响.结果表明,复刚度阻尼能引起结构共振频率的降低.     

基于广义混合元加筋板的振动特性分析

在网格较稀疏的情况下,采用位移元分析加筋板的振动特性问题时,模型的刚度偏硬,因而数值结果的误差较大。本文首先提出了考虑结构振动特性的广义混合变分原理,在此基础上建立了六面体非协调广义混合元的无阻尼自由振动特征方程。从理论上讲,非协调广义混合元的刚度矩阵相对于非协调位移元的刚度矩阵较柔,因此数值结果更加接近实际结构的真实解。数值实例分析表明,在有限元模型相同的情况下,非协调广义混合元模型的固有频率结果更准确。另一方面,非协调广义混合元模型的固有振型与非协调位移元模型的固有振型的一致性进一步证明了本文方法的正确性。     

两端固定音叉的力-频率关系及其非线性

两端固定音叉结构常被用作石英或硅振梁加速度计的敏感结构。论文的目的是建立两端固定音叉结构的固有频率与受力之间,及差动音叉结构频率差与受力之间的精确关系,研究差动音叉结构量程与非线性之间的联系。以梁的弯曲振动微分方程为基础,推导了在轴向力作用下两端固定的梁的固有振动角频率与轴向力之间的关系,并用多项式拟合;进一步得到差动音叉结构传感器的角频率差与轴向力之间的拟合多项式。梁的力-频率关系和差动音叉结构的力-频率差关系的5次多项式拟合误差分别低于0.0056%和0.0015%,并给出了敏感结构量程与输出非线性度之间的近似公式。这些公式可以为传感器的设计提供依据。     

基于模态振型和平稳小波变换的悬臂梁微小缺陷识别研究

结构损伤识别方法有很多种,通常结构振动模态振型对缺陷的损伤识别较为敏感,振型体现结构的固有属性及结构局部的特征,可以用于检测缺陷的存在及其位置。但是缺陷比较微小时,仅仅通过振型难以进行损伤识别。因此本文通过对振型进行平稳小波变换处理来检测悬臂梁的微小缺陷。通过有限元模态分析获得含不同缺陷深度、不同缺陷宽度、不同缺陷位置的悬臂梁模型的振型并利用平稳小波变换进行分析处理。结果表明:该方法可以准确判断缺陷的存在及其位置,并且平稳小波细节系数突变峰值随着缺陷深度增大而增大,随着缺陷宽度增大而增大;另外,该方法受振型节点影响,在工程实际应用时应综合前几阶次振型进行缺陷识别。     

用对角质量矩阵时有限单元特征值问题的准确度

本文讨论的对角化质量矩阵是在动能积分的公式中将积分点取在有限单元的结点上而得到的,本文给出了用这种矩阵时,固有频率、固有振型和对应的应力的对角化误差与动能积分的代数精确度、插值位移场的多项式的阶次、应变能中导数的最高阶数的关系,利用这些关系和多个算例讨论了对角化质量矩阵的应用性问题。     

一种有限元模型修正中的参数选择方法

有限元模型修正面临的首要问题是待修正参数的选择.目前主要是基于灵敏度分析的结果进行参数选择.本文从结构固有频率分析的能量法出发,论证了某阶固有频率主要受到同阶振型中发生弹性变形部位刚度的影响,据此提出一种待修正参数的选择方法,以振型中弹性变形为依据,选择弹性变形较大部位的参数作为待修正参数.用一个梁模型仿真验证了该方法的正确性,并将其应用于系杆拱桥的有限元模型修正中,修正后有限元计算结果与试验结果的最大误差缩小至3.3%.     

关于振动分析中的几个问题

文中给出了在递迭代法中求高阶频率和振型的清型样阵;讨论了在任意激励下,结构响应的两种解法,证明其等价性,並讨论了振型迭加法的一种改进。