模态分析与动态子结构方法新进展

综述在模态分析与动态子结构方法研究的一些最新进展.首先回顾经典的位移展开定理和模态叠加原理.为了加速经典方法的收敛速度、提高计算效率, 进一步介绍两个新的结构位移展开定理(采用固定界面模态的位移展开新定理, 给出采用低阶固定界面模态的高精度位移展开式;采用混合模态的位移展开新定理, 给出采用低阶混合模态表示的高精度位移展开式)和相应的动力学新解法.相应上述3个位移展开定理, 介绍采用解析推导的方法构造出3类动态精确子结构方法, 各种子结构模态综合法实质上都是它们的某种近似与变化形式, 从而形成系统的动态子结构分析技术.上述介绍的模态分析与动态子结构方法新进展与经典模态分析技术一起形成结构动力学分析技术的系统理论.      

具有连接区的混合子结构模态综合法

本文提出具有连接区的间接对接的混合界面子结构模态综合性，讨论了位移协调和力与位移双协调两种对接模式。     

具有连接区的混合子结构模态综合法

本文提出具有连接区的间接对接的混合界面子结构模态综合法，讨论了位移协调和力与位移双协调两种对接模式。     

界面连接刚度参数辨识的子结构分析法

以试验模态参数为基础,提出一种通过特征方程反问题辨识子结构界面连接刚度参数的子结构分析法。新方法以子结构动柔度矩阵特征方程为基础,建立求解界面结点内力和位移的方程,从而由子结构内部结点可测自由度上的位移用广义逆理论估计界面结点内力和位移。并通过迭代修正内部结点可测自由度上的试验值,以提高界面内力和位移的估计精度。最后通过连接子结构刚度矩阵建立的平衡方程求解相应的刚度参数。文中以太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识为例,将铰链副简化为两端结点各有6个自由度的弹簧连接元,考虑到自由度之间的耦合,推导了连接元的刚度矩阵。用上述方法辨识了铰链副6个自由度的刚度参数,得到满意的辨识结果。     

动力子结构模态综合解法的并行算法

本文根据动力子结构模态综合法,提出了相应的并行算法。该算法有效地将整个结构分成独立的多个子结构,然后由多个CPU同时独立求各子结构的分支模态和进行各子结构的分支模态变换。再串行组集界面刚度和质量阵,并求解缩减后的整体方程。最后返回各子结构求结点位移对于(`ω~2`)的模态(φ),这一步也在各CPU内独立地同时进行。该方法在西安交通大学的ELXSI-6400并行机上程序实现,表明能有效地节省计算时间,为一种大型结构动力分析方法。     

改进的无界面子结构模态综合法及其补偿子结构

本文分析了无界面子结构模态综合法的特点,考虑子结构之间相互动力影响,提出一种直接对子结构低阶模态组成的Rjtz减缩基进行修正的改进方案。引入了无界面补偿模态,以补偿被截去的子结构高阶模态的影响;引入了补偿子结构,以提高补偿效果和减缩效果。算例表明,与原无界面法相比,改进的无界面子结构方法具有精度高、计算量小,减缩效果好等优点。     

基于键合图法的多个子结构自由界面模态综合法研究和应用

将键合图方法用于动态子结构研究,提出了一种求解多个子结构自由界面模态综合法的新方法。通过一系列物理和数学上的分析,详细推导出多个子结构自由界面模态综合法的计算过程。在本文给出的算例中,基于键合图方法的自由界面模态综合法,通过建立各个子结构的状态空间方程,计算子结构相应的特征值矩阵和振型矩阵;这些子结构在进行模态综合后,获得整体结构的特征值矩阵和振型矩阵,该结果和原来整体结构完全相同,这进一步说明了本文提出的新方法的正确性。运用本文提出的方法建立状态空间方程,在子结构的模态综合过程中,不会产生系统特征值的增失根问题,确保了子结构在综合后其整体结构模态信息的完整性。     

杂交元本征应力模式和应力子空间的性质研究

详细讨论了有限元本征应力模式和应力子空间的性质，并着重讨论和进一步完善了与杂交应力有限元应力子空间有关的一些定理，为提出新方法提供了理论基础，主要包括：（1）证明了杂交元特征值不大于对应位移元的特征值；（2）证明了矩阵H非奇异的充分必要条件是假设应力模式线性无关；（3）证明了杂交元所对应位移元的本征应力模式形成的杂交元与该位移元相同；（4）证明了等价假设应力模式形成相同的杂交元；（5）证明了确定杂交元本征应力模式的充分必要条件是其范数平方等于所形成杂交元的变形模态特征值；（6）证明了杂交元假设应力模式与变形模态的能量一一对应的充分必要条件是假设应力模式彼此正交且与所对应位移元的本征应力模式除了一一对应者之外都正交。     

汽车结构的动力响应计算

在时域内计算了汽车结构在不同类型路谱(地面不平度函数)激励下的位移、加速度和应力响应.汽车分割成包括车身、车架在内的悬挂部件和非悬挂部件,建立各部件的有限元动力结构模型,并计算其模态特性.通过子结构综合模态法,获得汽车结构的模态特性,进而计算汽车结构的位移、加速度和动应力响应时间历程.严重应力部位的分析结果与汽车试验台试验结果符合良好.     

连结子结构与自由界面模态综合法在非线性动力分析中的应用

本文提出了一种由线性连接元和非线性连接元组成的连接子结构，并将这种连接子结构用于自由界面的模态综合技术。利用非线性振动理论的渐近方法，求得经模态综合法降维后系统方程的近似解析解。从而将具有连接子结构的自由界面的模态综合技术推广应用到具有局部非线性的复杂结构系统的动力分析，为利用非线性振动理论的渐近方法及动力系统理论进一步研究高维非线性动力学系统的振动特性、分岔及混沌行为创造了一种新的途径。算例表明，该方法具有足够的精度。     

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。     

混合界面直接分支模态综合法

在直接分支模态综合法(本质上属自由界面模态综合法)的基础上,提出并深入研究了混合界面直接分支模态综合法。混合界面法将复杂庞大的结构取做主体部件,而将与此主体部件相连的其余部分视为分支部件。对主体部件采用自由界面,分支部件则采用固定界面。各子结构之间完全独立计算,并且通过计入主、从子结构的剩余模态矩阵的办法来补偿所舍去的高阶模态分量,保证了计算精度。本方法从工程应用的实际出发,通过模拟航空发动机机匣管路系统的数值算例,验证了混合界面法的正确性。     

假定应力模式与杂交应力元的解

为分析合理的假定应力模式,本文用杂交应力单元分析了平面、轴对称、板及壳等类问题,着重考察了不同的应力模式对节点位移及单元内应力分布的影响,分析了“假应力”的性质和单元内应力分布的改进。     

基于固定界面与自由界面子结构模态的混成模态综合方法及其应用

本文提出混用固定界面与自由界面子结构的两类模态来共同构造优良模态基，然后进行模态综合，该方法成倍地增加能反映结构感兴趣频域的可保留模态数，从而大大提高了综合精度。     

无界面子结构模态综合法

本文提出了一种无界面模态综合法,使用这种方法不进行第二次坐标变换。此方法的另一个优点在于它是无界面的子结构,动力方程的缩减不受界面目由度的控制。为了在子结构内取较少的模态和得到较高的精度,提出了两种修正方案,经过修正之后,就能达到降阶和提高精度这两个目的。     

组合神经网络在结构损伤检测中的应用

子结构的动态响应变化与整体结构相比,对结构内部损伤反应更为敏感。组合神经网络可以克服单个神经网络功能的单一局限性,实现更加全面综合的仿真识别功能。本文首先运用双协调自由界面模态综合法对结构进行模态分析,获取各子结构及整体结构的模态信息。然后,通过组合BP神经网络将损伤子结构与整体结构的模态频率变化率组合起来进行结构损伤检测。该方法在改善网络训练性能的同时,提高了检测结果的准确性和可靠性。文章最后通过数值算例验证了该方法的可行性和有效性。     

有限元子结构并行算法的效能分析

引入了有限元子结构的并行算法,该方法通过划分子结构,由多个CPU并行进行静凝聚,然后求解界面位移,最后返回各小结构并行求解内点位移和应力.该方法在ELXSI 6 400并行机上程序实现,表明能大幅度节省机时.本文同时也对该方法的效能进行了分析.     

风沙冲击作用下涂层与基体界面应力、位移及破坏机理研究

应用界面力学镜像点法及断裂力学理论分析了风沙冲击作用下钢结构表面涂层与基体的界面问题。分析结果表明:冲击角度一定时,界面应力随着冲击速度的增大而增大;冲击速度一定时,界面正应力在冲击点附近较大,在冲击角度为45°时最大;界面切应力在冲击角度为30°时达到最大;冲击角度一定时界面位移随着冲击速度的增大而增大,界面水平位移在冲击角度为30°时最大,冲击速度一定时界面垂直位移随着冲击角度的增大而增大。界面破坏机理是因为界面存在应力集中现象,易发生破坏,切向破坏较为严重。     

基于局部模态的约束子结构模型修正法

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对应子结构部分的模态即可以修正子结构模型.由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态;结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型.通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果.     

MSAP程序编制研究简报

为了适应广大SAP程序用户的需要,使模态综合技术在工程界发挥卓越的成效.我们从1983年开始以SAP5程序的动力分析部分功能为基础,加入固定界面法模态综合技术编制MSAP程序.这是一个具有绘图功能的固定界面法模态综合通用程序,规划引入SAP5程序的单元库、绘图功能、带宽优化等功能,同时增加了刚体模态的移频法求解,克服了SAP程序求自由悬浮子结构刚体模态上的困难. 去年完成的MSAP1程序只是总体计划的第一个版本,还只是一个具有绘图功能的空间框架双子结构模态综合通用程序.该程序允许划分子结构的数目是2,没有多重子结构功能,目前单元库还只配备了采用一致质量矩阵的空间梁单元,和能对每一个子结构单独进行