65°三角翼亚音速复杂流场计算和数据可视化

提出一种基于非结构混合网格和有限体积法的有效计算策略,对第二期国际涡流试验项目(second international vortex flow experiment,VFE-2)的尖前缘65°三角翼在马赫数0.4,迎角20.3°,雷诺数2×10~6条件下的亚音速复杂流场结构进行数值模拟,重点探讨了基于计算数据进行该类型复杂涡系干扰表面和空间流场关键特征提取和数据可视化问题.通过与相关试验类比,建立了与先进试验流动显示技术相比拟的定性和定量分析方法,为三角翼这类复杂流场结构的精细分析奠定了技术基础.采用上述方法,细致分析了亚音速三角翼的大迎角复杂旋涡流场结构,得到了与试验一致的结论.研究证实:在大迎角条件下,三角翼流动物理复杂,黏性效应耦合严重,只有通过N-S方程计算才能准确地捕捉主涡和二次涡的发展.     

纵向力作用下无缝线路动态特性有限元分析

本文通过建立无缝线路有限元动力分析模型,研究了钢轨自振频率和温度力之间的关系.该动力模型包括钢轨模型,钢轨扣件模型,轨枕模型,考虑了钢轨断面特性,钢轨磨耗,轨下刚度以及扣件的弹性刚度和扭转刚度等因素对动力模型计算的影响.分别分析了钢轨磨耗,轨枕支承间距,扣件刚度,钢轨类型以及轨下刚度等参数改变的情况下,钢轨纵向力变化对钢轨振动特性的影响.对部分的计算数据与实际试验测得的数据进行比较分析后,发现通过有限元方法所建立分析模型的计算结果与现场测试结果对比有较好的吻合,采用所建立的计算模型可以更准确地分析无缝线路轨道结构中钢轨纵向力与振动特性的内在联系.     

海洋平台的冰力谱与冰振响应分析

利用原型结构的直接冰力测量数据,建立了锥体结构的冰力谱模型.利用渤海辽东湾的JZ20-2MUQ平台对锥体冰力谱模型进行了验证.为了降低误差,在结构模型分析中,利用实测平台振动数据确定了平台的综合阻尼系数.利用谱分析方法计算了不同冰厚与冰速下的结构甲板振动响应,并与实测的结果进行了比较.结果表明,计算与实测的结构振动响应吻合的比较好,说明了建立的冰力谱模型具有实用性.     

大跨机库桁架屋盖结构原型动力特性的实验研究

通过对跨度为(100+150m)的机库桁架屋盖结构的现场环境激励结构动力特性测试,利用谱分析方法对实测数据进行了分析,得出了结构的自振频率和振型.采用结构分析软件Midas建立屋盖的空间模型,采用特征向量法,得到了该结构的动力固有特性.有限元计算结果与动力试验结果在前3阶基本周期有相同的差异,各自所对应的振型吻合较好.结果表明环境激励下识别出该屋盖的低阶模态,可作为该机库的有限元模型修正和健康监测的基础.     

单层短程线网壳结构模型试验研究

模型试验是全面掌握工程结构基本特性的有效手段之一。根据模型相似理论设计并制作了单层短程线网壳结构模型,同时设计了可动砝码加载方案,加工制作了砝码及支托。对结构杆件进行了材料拉伸试验,对结构模型进行了静载试验和模态试验研究,成功获得了结构模型的静内力分布规律及模态参数。试验结果与有限元计算结果对比分析表明,静载试验结果与有限元计算结果吻合较好,模态试验结果与有限元计算结果吻合稍差。所采用的加载方案、试验手段及分析方法对类似的模型试验研究都具有一定的参考价值,所得到的试验数据为大型空间网格结构实际工程的在线损伤识别及健康监测研究提供了第一手资料。     

拱形防撞装置摆锤碰撞试验及数值模拟研究

为了验证拱形桥梁拱形防撞装置船撞有限元结构计算中结构应变响应的准确性以及寻找计算中影响应变响应的因素,通过拱形防撞装置1:25比例模型摆锤碰撞试验以及有限元数值模拟进行对比验证分析.对拱形防撞装置1:25比例模型进行摆锤碰撞试验,采集试验中碰撞力和关键点的应变响应曲线,并对试验进行漂浮状态下无阻尼和有阻尼两种情况的数值模拟对比分析.分析发现无阻尼模型计算出的应变响应不论是响应趋势还是应变峰值点的大小都与试验相差较大.通过在有限元无阻尼模型中引入Rayleigh质量比例阻尼分析,试验采集到的应变峰值与有限元数值模拟分析出的应变峰值之间的误差约为8.7%,应变响应趋势也基本一致.因此,有阻尼计算模型可应用于实际结构的计算中,应变峰值误差也可作为实际结构应力计算结果评价的参考指标,并可将该误差作为工程安全系数的一部分来考虑.     

非高斯结构首次超越分析的概率模型

利用Fleishman近似,通过非高斯结构动力响应的前四阶中心矩,将分布未知的结构响应过程变换为标准高斯随机过程,提出非高斯结构动力响应的平均穿越率计算公式,并考虑初始条件和群穿尺寸的影响,修正平均穿越率的计算,在此基础上,利用传统Poisson模型,建立非高斯结构首次超越分析的概率模型.算例分析表明,本文提出的概率模型可以在结构随机振动分析或试验与检测数据的基础上,分析非高斯结构的首次超越问题,并克服了传统高斯模型所固有的诸多缺点.     

直流磁场下销盘摩擦过程中的电磁感应力矩分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,本文分析了直流磁场下销盘摩擦过程中的涡流和电磁感应力,并通过积分得到感应力矩的计算公式.在销盘0.1 mm间隙时检测了磁吸力和在不同试验条件下盘试样所受的感应力矩,利用试验数据对感应力矩公式中的修正系数进行了最小二乘法拟合,所得感应力矩公式的计算结果与不同电流和转速下的试验数据很好地吻合.在摩擦磨损过程中,可利用感应力矩公式计算出相应试验条件下盘所受的感应力矩,分析其对摩擦系数的影响.     

固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。（1）建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度（200 nm~10 μm）晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;（2）建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;（3）通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。     

环境激励下基于小波包分析的结构损伤预警方法

将环境荷载激励技术与小波包分析相结合,提出对环境激励下的结构动力响应计算虚拟脉冲响应函数并在此基础上计算结构的小波包能量谱及其损伤预警指标,用以表征结构动力系统的损伤状态.通过Benchmark试验模型模拟结构的多种损伤状态,采集模型在环境激励下结构损伤前后的动力响应,计算了结构损伤预警的小波包能量谱及其损伤预警指标.试验结果表明,环境激励下基于小波包能量谱的结构损伤预警指标具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生.     

An iterative rational fraction polynomial technique for modal identification

The rational fraction polynomial (RFP) modal identification procedure is a well known frequency domain fitting technique. To deal with a linear problem, the RFP procedure does not directly minimize the fitting error, i.e. the difference between the experimental and the analytical frequency response function, but a frequency weighted function of it: this causes bias in the modal parameter estimates. In this paper an iteration procedure is proposed which uses the output of the RFP technique as a starting estimate, and minimizes the true fitting error, expressed as a first order Taylor expansion of the identified parameters. Results are quite satisfactory: the fitting error is notably reduced after few iterations. Moreover, less computational modes with respect to the original RFP method are needed to obtain a good fit in a given frequency band.A first version of this paper was presented at 17th Int. Seminar on Modal Analysis, Leuven (Belgium), 23–25 September 1992, and preprinted in the Proceedings.     

在实验模态分析中如何消除附加质量附加刚度对实模态参数的影响

本文讨论了在实验模态分析中如何消除附加质量和附加刚度对实模态参数影响的方法.为了验证方法的有效性,文中给出了算例和实际应用的例子.文末还讨论了输入数据的误差和输入模态的阶数对结果的影响.     

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通过试验模态分析,实测悬臂对接板的第一阶固有频率及振型, 将对接板的动力学问题转化为悬臂对接梁来求解. 借助计算机代数语言,编写对接梁的传递矩阵法程序. 推导出对接处含角刚度作为符号的方 程,输入第一阶固有频率就可识别出该处的角刚度,并通过实例验证了此法的有效性.     

Modal identification based on Hilbert-Huang Transform of structural response with SVD preprocessing

In recent years, Empirical mode decomposition and Hilbert spectral analysis have been combined to identify system parameters. Singular-Value Decomposition is pro- posed as a signal preprocessing technique of Hilbert-Huang Transform to extract modal parameters for closely spaced modes and low-energy components. The proposed method is applied to a simulated airplane model built in Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems software. The results demonstrate that the identified modal parameters are in good agreement with the baseline model.     

平带驱动系统的振动分析研究进展

综述汽车发动机中带张紧装置的平带驱动系统振动分析的研究进展,在转动振动的力学模型和相应数学模型基础上,总结了用数值方法,复模态分析方法和增量谐波平衡法进行线性振动和非线性振动分析以及打滑预测的结果,在转动－横向耦合振动的力学模型和数学模型基础上,总结了用数值方法,Holzer法,模态分析法和直接多尺度法进行线性振动和非线性振动分析的结果,最后提出需要深入研究的若干问题。     

基于贝叶斯方法的模态参数识别的不确定度分析

振动模态分析和模态参数识别是动态测试的一个重要研究方向。模态参数在模型的修正、响应的预测、系统的健康检测及控制等方面有着重要的作用。但动态测试的不确定度分析,尤其是模态参数的不确定度的研究还十分缺乏。本文主要基于贝叶斯方法,通过傅立叶变换(FFT)建立时域数据和频域数据之间的对应关系。根据共振频带内的多个模态的响应数据得到相对应的模态参数,优化得到模态参数的最佳估计值,评定模态参数识别的不确定度。在固支梁的模态实验中,加速度传感器采集环境激励中的振动数据,运用贝叶斯法进行处理得到模态参数的最佳估计值。在此基础上,通过模态参数的最佳估计值,以及仪器的检定报告数据,结合合成不确度分析方法,系统分析了模态参数识别的不确定度。     

基于内积的模态相关分析

以Ｈｉｌｂｅｒｔ空间为基础，建立了试验模态与计算模态相关性的度量，给出一种判断有限元计算与试验模态分析结果的可靠性的方法。并且以薄壁圆桶为对象进行了实际分析验证。     

结动振动摄动分析的新方法

提出了一种用于结构动力修改的设计灵敏度分析的新方法。它发展了Ｎｅｌｓｏｎ［１］陈［２］等人的方法，较好地解决了结构修改量大时计算精度低之间的矛盾。数值算例表明，本文新方法计算精度高，易于计算机实施。     

核反应堆主系统管道的动力特性研究

本文系统研究了核反应堆主系统管道在局部破裂工况下的动力特性及非线性动力响应。采用统一动力子结构方法建立复杂管系的动力计算模型,采用Lanczos法和Arnoldi法分别求解系统的实、复特征值问题,分析了流速大小对系统固有频率的影响,在给定破口处的流体排放力后,采用Lanczos基矢量与模态综合相结合的自由度减缩技术,兼用伪力法、摄动法等技巧,求解管道系统的非线性动力响应。计算表明,采用本文的理论方法所研制的软件对核安全设计审批具有实用价值。文中给出了主系统管道的若干算例。     

A strain-energy criterion for recognition of identified modes of continuous structural models

In structural modal analysis and modal testing, an important but difficult task is to match the identified natural frequencies and the corresponding modal deflections. This process is called the modal recognition in this paper. There were some treatments towards this problem for the lumped parameter structural models. For the distributed parameter models, however, little research has been reported on the modal recognition problem. In this paper, a strain-energy criterion for modal recognition has been developed. As an example, a distributed parameter model for a two-beam structural system has been formulated, which is expected to simulate the dynamics of a two-arm manipulating system fixed on a shuttle. Transfer matrix method has been used to set up the dynamic equation of the system. The natural frequencies are obtained from the solution of the characteristics equation. Consequently, the mode shape functions are found out analytically.

Strain energy can be viewed as a measure of the structural deformation. When performing modal analysis, we always assume that the structural system is vibrating at a particular natural frequency. The strain energy is, therefore, stored in the deflection caused by such a harmonic motion. The vibration at a particular natural frequency will not produce any strain energy in the other modal components. On the other hand, if a particular mode shape is contributed mostly by the deformation of a specific component of the global structural system, then the great percentage of the total strain energy will be stored in the deformation of that component. Based upon the calculation of the strain energy in the structural components we can find out which component is deformed most and in what motion it is deformed, thereby, the mode shape can be detected. The computer simulation demonstrated that the strain energy indicated an essentially perfect recognition of the identified natural frequencies with the corresponding mode shapes. The creation of the strain-energy criterion consummates the procedure of the distributed parameter modeling, modal identification and parameter estimation.