流固耦合振动分析的有限元与子结构—子区域方法研究

给出了几个流固耦合振动分析的变分公式。基于这些公式,导出了位移元、平衡元、混合元方程及相应的子结构—子区域模型的方程。对于非对称、非带状混合元方程,提出了四种对称化方法及相应的分析耦合问题的近似方法。     

五腿四罐钢筋混凝土平台结构分析

本文用多层子结构与群论算法相结合的结构分析程序JIGFEX(Q),对具有C(?)群对称性的钢筋混凝土储油罐平台进行了内力计算。在凝聚消去内部自由度后,选择与C(?)群相吻合的组合位移作未知数,使原问题分裂成6个互不耦合的子问题:然后按本文给出的有效子问题的概念,由实际荷载分布又进一步将问题缩减成3个子问题。本文还探讨了波浪荷载转化为节点荷载以及土壤地基的模型化问题。     

用多层子结构与群论相结合的方法分析对称结构

本文采用多层子结构与群表示论相结合的方法,分析可承受任意荷载的、具有多种性质与形式的对称结构。按照这种方法,首先经凝聚消去内部自由度,然后再选择与各自的对称性相吻合的组合位移作未知数,使原问题分成一系列互不耦合的子问题,文末以工程计算实例来说明这种方法的有效性。本文的分析方法已在通用结构分析程序JIGFEX(Q)中实现。     

部分对称结构的分析理论

本文把群论方法与子结构分析的概念结合在一起,处理部分对称结构的分析问题,对于不可约基矢上的广义位移,文中指出了任何一个对称子结构模式的内部阵的三角化以及出口阵的凝聚都可以分成一系列子问题单独地进行。文中还给出了从各子问题的凝聚出口阵回到原位移基底上的凝聚出口阵的一种简化后的转换关系,从而使计算工作量又得到进一步缩减。 与普通的重复子结构方法相比,本文给出的方法在计算速度上有大幅度地提高。     

基于对称性的三维车辆轨道耦合系统随机振动虚拟激励方法

基于结构的对称性提出了用于三维车辆轨道耦合系统高效随机动力响应分析的虚拟激励方法.车辆采用刚体动力学模型,轨道结构利用三维轨道广义单元建模,车辆与轨道通过线性轮轨关系耦合.采用虚拟激励法将高低、方向和水平三类轨道不平顺转化为一系列筒谐的虚拟不平顺;考虑车辆及轨道结构的对称性,分别推导了耦合系统的对称和反对称凝聚矩阵,提出了用于车辆轨道耦合系统动力响应计算的自由度凝聚方法,将耦合系统的自由度缩减至原来的一半以下,并在此基础上实现了耦合系统随机振动的高效分析.数值算例将本文方法与传统有限元方法进行对比,验证了本文方法的正确性和有效性.     

虚边界元法中的旋转周期对称结构

本文证明具有旋转周期对称性的结构,在对称适应的指标架下,其虚边界元方程的系数矩阵具有块循环的形式,给出一种分解算法（即将原问题分解成一系列相互独立的子问题的求解法）,适于任意形式的载荷分布。     

边界元法中的周期旋转对称

本文证明具有周期旋转对称性的结构，在对称适应的座标架下，其边界元方程的系数矩阵具有块循环的形式，给出分块的系列子问题求解方法，适于任意形式的载荷分布。     

基于滑模理论的建筑结构分散稳定控制

基于大系统分散控制思想,将大尺度高阶建筑结构系统分解为多个子结构系统;子结构之间的相互耦合作用视为有界广义力,得到以状态方程形式的子结构模型。利用滑模理论的抗摄动条件,设计具有全局稳定的子结构滑动模态轨迹,利用子结构系统局部状态实现全局稳定的控制力条件,并以参数ρi实现各子结构间的调节,建立稳定的分散控制格式。在控制算法中采用了准滑模控制方法,克服变结构滑动模态中的抖振影响。利用本文方法,对20层钢结构基准模型在地震激励下的控制进行设计并数值仿真,验证了该方法的有效性。     

大型柔性构件振动控制的特征结构配置

根据大型柔性构件存在着建立运动方程自由度多,整体结构参数不宜测量等特点,文中研究了基于子结构的振动特征结构配置．为克服以往在拼装子结构时由于界面耦合作用,造成振动能量相互传递,破坏原有各子控制器设计性能的缺陷,作者提出了通过在界面上安装控制执行器,以割断子结构间能量传递的分散解耦控制法,保证了子控制器的设计特性在装配后不会改变     

轴对称结构与周期旋转对称结构的耦合振动和静力分析

本文对工程中常见的轴对称结构与周期旋转对称(Cn对称)结构的的耦合构系,分别采用轴对称单元与一般有限单元进行离散化,进而分别采用付氏级数展开技术及部分对称结构分析方法进行两个子结构的分析,以充分利用它们各自的对称性质,通过交界面上点的位移协调条件,推出了连接点上两种不同形式广义位移间的转换关系,由此将两个子结构耦合在一起。本算法对该类构系的耦合分析将有计算速度、精度方面的高效益。     

基于界面主从位移控制的频响子结构方法

在复杂工程结构频响子结构分析中,各个子结构的频响函数往往是由不同的部门获得,各个子结构的频响函数可能是在不同的坐标系下得到,亦或有些子结构具有某种对称性,这需要对相应的子结构频响函数进行旋转和镜像变换后才能进行整体拼接。此外,子结构拼接时交界面的连接点有时可能存在不一致,为了满足位移协调和力平衡条件,本文基于界面主从位移控制原理,提出一种改进的频响子结构方法,该方法既能考虑子结构的旋转和镜像变换,也能考虑子结构界面间的柔性连接,并可大幅提高计算效率。当界面位移控制阵为单位阵时,改进的方法退化为传统的频响子结构方法。数值算例验证了所提方法的正确性和有效性。     

桨-轴-艇纵向耦合振动机理研究

桨-轴-艇结构耦合振动是影响潜艇振动和水下声辐射的重要因素。本文建立了桨-轴子系统和桨-轴-艇耦合结构的数学模型,从动力学分析角度推导了耦合结构振动与子结构各振动物理量之间的关系;通过有限元法对理论分析结果进行了验证,并研究了桨-轴-艇耦合结构水下声辐射频谱与子结构典型模态的关系。有限元数值计算结果与理论分析均表明,桨-轴-艇结构耦合振动导致原耦合结构的模态频率发生偏移,从数学的角度揭示了桨-轴-艇产生纵向耦合振动的根本原因,并给出了耦合结构水下声辐射与子结构典型模态之间的对应关系。     

大型结构特征值问题的混合粒度并行算法

本文提出一种求解大形结构特征值问题的粗细粒度混合并行算法：在子结构模态综合粗粒度并行算基础上,综合系统的特性值问题采用细粒度并行方式求解。细粒度并行包括子空间迭代法的子结构并行算法、雅可比分块并行计算的方法和一种Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｏｎ迭代法在多处理器上任力均衡分配的有效策略。子空间迭代法的子结构并行计算的实施是利用子结构的刚度阵和质量阵而不必完全组集系统刚度阵和国求综合系统的特征值问题。利用雅     

云纹法的对称性在瞬态参数场测量中的初步应用

本文根据物体受力的对称性提出对称性试验原理,即认为具有对称受力特征的物体,其对称部分具有完全等效的性质,可以分别记录并进行综合分析。文中将对称性试验原理应用于密栅云纹方法,给出了空间分幅问题并进行了实验验证。     

组合结构有限元模型的分步实验校正

本文从结构有限元建模实际情况出发，提出了一个组合结构有限元分析模型的分步实验校正方法。分析模型的误差主要归于两类：一是某些子结构因局部形状复杂；经过分简化而引起。二是各子结构间连接参数估计不准而引起。为此，建议分步校正，先利用子结构动态实验数据，修正子系统阵中与简化处相关的局部物理参数，再由组合结构的动态实验数据，修正子结构间连接参数，从而完成整体有限元模型的修正。导出了修正公式，给出了修正算法。     

不确定车轨耦合系统辛随机振动分析

建立了轨道不平顺作用下具有不确定参数车轨耦合系统随机振动评估方法. 车辆系统采用物理坐标下多刚体系统模型,并应用高斯随机变量模拟车体、转向架和轮对一系、二系连接系统中动力学参数具有的不确定性. 采用无穷周期结构进行弹性轨道模拟,在哈密顿状态空间下建立了典型轨道子结构的状态运动方程,通过轮轨耦合关系建立了混合 物理坐标及辛模态坐标车轨耦合系统运动方程. 应用Hermite正交多项式展开得到了耦合系统动力响应相对于不确定性参数的控制方程. 由于利用轨道周期特性建模,所获得的控制方程有效地降低了方程维度. 轮轨接触处轨道不平顺载荷模拟为完全相干多分量平稳随机过程,推广和发展虚拟激励法建立了耦合系统随机振动受不确定动力学 参数影响的量化评估方法. 通过Monte Carlo数值模拟,验证了该方法在不确定参数变异很大时也能够保持较好的精度,具有一定的工程实用性.     

有多阶固有频率要求的组合结构设计

在各子结构的振协固有特性已知下，通过设计子结构间的连接元件，使得组合结构的多阶固有得到满足，在组合结构动力重分析中，以胳子结构的剩余附着模态作为基保留模态的补充，进行模态缩减，保了计算的精度，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，表明本文方法的有效性。     

固定界面动态子结构方法研究车内噪声问题

随着社会的发展，降低车内噪声越来越受到人们的重视。由于整车结构复杂，本文采用包括软子结构的动态子结构方法，把整车模型划分为多个子结构，包括动力总成子结构、副车架子结构、车身与车内声场耦合子结构、非簧载质量子结构及多个线性和非线性软子结构等。采用固定界面模态综合法，建立整车结构车内声场流固耦合动力学模型。对于车身与车内声场耦合子结构，由于其总质量和刚度矩阵为非对称矩阵，传统的模态叠加法不能应用到耦合系统中，本文引入了左特征向量的概念，用左特征向量左乘原方程，使耦合系统微分方程得到解耦。在已建立的总系统动力学模型基础上，在时域内对前后轴分别激励时汽车振动和车内噪声特性进行仿真模拟，并通过台架试验对仿真结构进行验证。     

三维立方准晶椭球夹杂的Eshelby张量

准晶体颗粒复合智能材料具有优异的物化性能和应用前景。不同于传统的各向同性材料,三维立方准晶体材料包含声子场,相位子场,及声子-相位子耦合场。为更好地研究准晶体颗粒夹杂问题,揭示准晶体材料夹杂问题的物理现象,本文利用本征应变公式和柯西留数定理,考虑椭球体夹杂,获得了三维立方准晶材料夹杂问题的Eshelby张量,并给出了统一的表达式。进而,当三维立方准晶夹杂形状为球形、棒状、扁平状和带状时,获得了封闭形式的三维立方准晶Eshelby张量表达式。同时,给出了椭球体长径比变化时Eshelby张量的变化规律,这对研究准晶体颗粒夹杂问题具有重要的理论意义。     

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。