薄铝板统计能量参数的测试方法研究

内损耗因子和模态密度都是统计能量分析(SEA)方法的关键参数,它们分别反映了振动结构系统的能量损耗与存储能力,对预示结构的振动响应有重要的影响。目前获得它们最常用和最可靠的方法还是通过实验来测量。本文分别采用了瞬态衰减法和稳态能量流法测试薄铝板的内损耗因子,并阐述了这两种方法实施过程中的注意事项,对比分析了它们的测试结果;又采用导纳法测试了薄铝板的模态密度,并对其测试结果进行了附加质量修正。实验结果表明:内损耗因子的两种测试结果一致性较好,经过质量修正后的模态密度与理论值吻合良好。     

基于统计能量法的铁路客车室内高频噪声预测与控制

建立了某客车卧铺车厢的整车统计能量分析模型,通过施加轮轨噪声源激励载荷对该车室内噪声水平进行了预测,500 Hz～2500 Hz频率范围内SEA模型的计算结果与实测值的误差在4dB(A)以内.通过包厢壁板对内部声腔的功率输入贡献分析,澄清了地板振动是包厢内低频噪声的主要贡献者,缝隙泄漏则是室内高频噪声的主要贡献者.依据对不同类型地板降噪能力的对比分析以及缝隙面积大小对室内噪声的影响分析,对该车经降噪治理后,室内声压级可降低2dB(A)～3.2dB(A).     

旋涡结构的湍流统计理论

旋涡结构的湍流统计理论是已故周培源教授在20世纪50年代率先提出来的.经过他和他的学生近半个世纪的努力,已经形成具有自身特色的湍流统计理论.在纪念周培源教授诞辰100周年的时候,特贡献本文作为对一代宗师的怀念.本文是这个理论的一个总结和概括,其中包括:作为湍流元的旋涡结构解的寻找,可能存在的不同旋涡结构解的类别和叠加,统计平均方法的选取和操作,统计平均物理量的规律的探索等.      

固体中微裂纹系统统计演化的基本描述

本文建议了一种在外界载荷作用下,在固体中产生的微损伤的统计演化的理论描述方法。特别是,作为一个例子,讨论了理想微裂纹系统,以便了解在微裂纹成核和扩展过程中,损伤演化的基本行为。本文也简单讨论了有关的平均损伤函数。     

蛋白质折叠的统计热力学基础 ————- 非共价作用的统计热力学原理

蛋白质折叠是一个复杂的物理、化学和生物过程,涉及热力学、统计力学、高分子动力学等多个领域的相关知识,单独从宏观或微观角度出发,试图建立蛋白折叠物理模型,都面临着巨大的困难. 统计热力学方法是研究蛋白质分子运动规律的重要途径,本文从溶液环境下蛋白质折叠的非共价作用出发,介绍了疏水作用、氢键、静电力和范德华力的统计热力学机理,并探讨了这些作用力对蛋白质结构稳定性的影响.通过深入理解微观结构相互作用与系统熵、焓、自由能之间关系,有助于我们发展蛋白质折叠的统计热力学理论,进而为蛋白质结构宏观热力学研究提供重要的微观统计力学机理.      

后临界湍流区间内旋转薄壳结构振动演化与作用机制实测研究

载荷的时变特征可能会对结构振动强度和能量作用机理产生重要影响,火/核电厂最重要的大型建筑结构均为典型的旋转薄壳结构(如冷却塔、烟囱等).为揭示后临界湍流区间内旋转薄壳结构的振动演化特征及其作用机制,实测了后临界雷诺数($Re\ge $3.5$\times $10$^{6}$)条件下8座典型旋转薄壳结构的振动响应.首先,在对实测响应进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别,基于非平稳分析模型对响应的时变均值和极值估计进行研究,并基于多尺度小波变换的演化谱方法开展了响应的频域演变特性研究.在此基础上,探讨了结构风振响应的共振分量占比及其效应,识别了结构的自振频率和阻尼比,并以结构基频为划分依据分别讨论了不同旋转薄壳结构的阻尼作用机制.研究结果表明:(1)旋转薄壳结构在后临界湍流区间内风致振动响应表现为强度非平稳、频率平稳的演化特性;(2)后临界湍流区间内的旋转薄壳结构的风振问题应区分准静力作用点与共振激发点分别进行研究,不同共振激发点的功率谱分布形式较为相近,而准静力作用点的功率谱分布规律差异较大;(3)共振激发点的振动能量分布呈现明显的分段趋势,基于本文大量实测分析结果回归得出适用于共振激发点的三阶段共振谱表达式;(4)借助本文提出的等效阻尼比概念拟合出此类结构的阻尼比预测公式,论证了目前工程中通用的5%阻尼比取值的不合理性.      

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.     

后临界湍流区间内旋转薄壳结构振动演化与作用机制实测研究

载荷的时变特征可能会对结构振动强度和能量作用机理产生重要影响,火/核电厂最重要的大型建筑结构均为典型的旋转薄壳结构(如冷却塔、烟囱等).为揭示后临界湍流区间内旋转薄壳结构的振动演化特征及其作用机制,实测了后临界雷诺数(Re3.5×10~6)条件下8座典型旋转薄壳结构的振动响应.首先,在对实测响应进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别,基于非平稳分析模型对响应的时变均值和极值估计进行研究,并基于多尺度小波变换的演化谱方法开展了响应的频域演变特性研究.在此基础上,探讨了结构风振响应的共振分量占比及其效应,识别了结构的自振频率和阻尼比,并以结构基频为划分依据分别讨论了不同旋转薄壳结构的阻尼作用机制.研究结果表明:(1)旋转薄壳结构在后临界湍流区间内风致振动响应表现为强度非平稳、频率平稳的演化特性;(2)后临界湍流区间内的旋转薄壳结构的风振问题应区分准静力作用点与共振激发点分别进行研究,不同共振激发点的功率谱分布形式较为相近,而准静力作用点的功率谱分布规律差异较大;(3)共振激发点的振动能量分布呈现明显的分段趋势,基于本文大量实测分析结果回归得出适用于共振激发点的三阶段共振谱表达式;(4)借助本文提出的等效阻尼比概念拟合出此类结构的阻尼比预测公式,论证了目前工程中通用的5%阻尼比取值的不合理性.     

固体的统计细观力学——-连接多个耦合的时空尺度

从固体力学所面临的新的挑战------多物理、多尺度耦合及其现状的描述开始, 以层裂 过程为例, 说明了这些多尺度非平衡问题的基本困难在于, 在固体中不同尺度上有不同的微 结构层次及不同的演化物理和速率. 接下来, 概述了一些针对这一困难的独特的思路及 其成果. 第3部分强调了一些统计平均方法的范式, 以及处理包含多个时间和空间尺度的问 题的新思路, 特别是非平衡损伤演化导致宏观失效的问题. 在第4部分, 简要评述了一些连 接多个空间和时间尺度的细观力学框架, 如位错理论, 物理细观力学, Weibull理论, 随机 理论等, 并且阐述了其中蕴含的跨尺度耦合的机理. 然后, 在第5部分, 回到了描述损 伤演化过程的框架, 也就是统计细观损伤力学以及它的跨尺度封闭近似. 基于这些跨尺度框 架, 在第6部分, 对控制跨尺度耦合的可能机理进行了评述和比较. 由于对失效时灾变 的洞察与跨尺度强耦合紧密相关, 一些非平衡和强相互作用的新概念在第7部分进行了讨 论. 最后, 以一个简短的总结和一些建议结束.     

FREQUENCY DOMAIN CALCULATION METHOD FOR WIND-INDUCED RESPONSE OF MONOLAYER CABLE NET

以随机振动理论为基础,采用频域法对单层索网结构风振响应进行了研究,主要探讨不同计算方法和空间相干函数的选取等问题对索网结构风振响应的影响. 依据不同的计算方法和空间相干函数,建立了3 种分析模式进行了分析. 分析结果表明：对于频率密集的索网结构,需要考虑模态交叉项对计算结果的影响;空间相干函数的选取对计算结果影响较大,采用与风频率相干的空间相干函数更为合理.     

结构声振研究的功率流方法

功率流方法是近年来研究柔性结构动态特性的主要手段, 其计算可分为低频段、中频段和高 频段. 本文讨论了有限元法、导纳功率流法、统计能量分析法、能量有限元法、参数化统计 能量分析法、子结构法、Lagrange乘子混合法、有限元/统计能量分析混合法、有限元/功 率流有限元混合法等方法, 各种方法适用频段各不相同, 综合应用这些方法, 可以解决绝大 多数声振预测问题.     

On damage detection by continuous dynamic monitoring in wind-excited suspension bridges

The paper discusses the application of dynamic methods for damage detection in the main cables of suspension bridges, using data continuously recorded under wind excitation through permanent monitoring systems and automated operational modal analysis. A continuum model for predicting the vertical aeroelastic response of wind-excited damaged suspension bridges is formulated and presented at first. The model shows that, for a real sample bridge, typical variations of mean wind speed produce variations of natural frequencies, due to aeroelastic effects, that are more significant than those produced by a small damage. A possible solution to this issue, proposed in the paper, consists of removing the dependence on the excitation source by calculating frequency shifts considering frequencies, in reference and damaged states, associated to approximately the same mean wind speed. This task and the necessary estimation of frequency shifts through a statistical analysis of identified natural frequencies outline the need for a continuous dynamic monitoring. The analytical model is finally employed for generating dynamic wind response data that are successively processed by means of an advanced automated modal identification tool. Although based on the simplifications inherently contained in the analytical model, the results show that frequency shifts caused by a relatively small damage can be accurately estimated from response data recorded under wind excitation with a reasonable number of data sets.     

Nonlinear vibration of fluid-conveying single-walled carbon nanotubes under harmonic excitation

In this paper, the nonlinear vibration of a single-walled carbon nanotube conveying fluid is investigated utilizing a multidimensional Lindstedt–Poincaré method. Considering the geometric large deformation of the single-walled carbon nanotube and external harmonic excitation force, based on nonlocal elastic theory and Euler–Bernoulli beam theory, the nonlinear vibration equation of a fluid-conveying single-walled carbon nanotube is established. Analyzing the equation through the multidimensional Lindstedt–Poincaré method, and from the solvability condition of the nonlinear vibration equation, the cubic algebraic equation which indicates the amplitude–frequency relation is obtained. Based on the root discriminant of the cubic equation, the first order primary response of the pinned–pinned carbon nanotube is discussed. The relations among internal resonance, the amplitude and frequency of the external excitation force are analyzed in detail. When the external excite force frequency is around the first mode natural frequency, the first mode primary resonance occurs. If simultaneously the first two modes natural frequency ratio is around 3, internal resonance occurs and the internal resonance region depends on the amplitude of external excitation force.     

基于谱元法的空间刚架动力学特性分析

以空间刚架结构为研究对象,应用谱元法研究其动力学特性,依次推导出杆、轴和铁木辛柯梁的动力学刚度阵,进而得到空间刚架的动力学刚度阵和频域响应的理论方程,拓展了谱元法应用范围。编程计算获得空间刚架的固有频率和点的谐响应曲线,与有限元分析相比较,进一步得到载荷下的瞬态响应。研究表明,谱元法在刚架结构的动力学特性分析中,比有限元方法高效高精度,更适宜解决中高频振动问题。     

一般相关激励下保守耦合系统的统计能量分析

目前相关激励下的统计能量关系实质是在比例相关或互谱密度为实数的相关激励下获得的。本文从分析普通相关激励下的功率流入手，给出相关激励下保守耦合系统统计能量关系的普通形式。实例表明，文中结论是正确的。     

低雷诺数下串列布置双圆柱涡激振动特性研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅值影响较大,然而对上游圆柱振动幅值影响较小.上游圆柱在两个自由度方向达到最大值的折减速度不同,然而下...     

Identification of Nonlinear and Viscoelastic Properties of Flexible Polyurethane Foam

Analysis of the steady-state response of a polyurethane foam and masssystem to harmonic excitation is presented. The foam's uni-directionaldynamic behavior is modeled by using nonlinear stiffness, linearviscoelastic and velocity proportional damping components. Therelaxation kernel for the viscoelastic model is assumed to be a sum ofexponentials. The harmonic balance method is used to develop one- andtwo-term approximations to periodic solutions, and the equationsdeveloped are utilized for system identification. The identificationprocess is based on least-squares minimization of a sub-optimal costfunction that uses response data at various excitation frequencies andamplitudes. The effects of frequency range, spacing and amplitudes ofthe harmonic input on the results of the model parameter estimation arediscussed. The identification procedure is applied to measurements ofthe steady-state response of a base-excited foam-mass system. Estimatesof the system parameters at different levels of compression and inputamplitudes are thus determined. The choice of model-order and thefeasibility of describing the system behavior at several inputamplitudes with a single set of parameters are also addressed.     

A new study of chaotic behavior and the existence of Feigenbaum’s constants in fractional-degree Yin–Yang Hénon maps

hing dynamics in a square tank are numerically investigated when the tank is subjected to horizontal, narrowband random ground excitation. The natural frequencies of the two predominant sloshing modes are identical and therefore 1:1 internal resonance may occur. Galerkin’s method is applied to derive the modal equations of motion for nonlinear sloshing including higher modes. The Monte Carlo simulation is used to calculate response statistics such as mean square values and probability density functions (PDFs). The two predominant modes exhibit complex phenomena including “autoparametric interaction” because they are nonlinearly coupled with each other. The mean square responses of these two modes and the liquid elevation are found to differ significantly from those of the corresponding linear model, depending on the characteristics of the random ground excitation such as bandwidth, center frequency and excitation direction. It is found that the direction of the excitation is a significant factor in predicting the mean square responses. The frequency response curves for the same system subjected to equivalent harmonic excitation are also calculated and compared with the mean square responses to further explain the phenomena. Changing the liquid level causes the peak of the mean square response to shift. Furthermore, the risk of the liquid overspill from the tank is discussed by showing the three-dimensional distribution charts of the mean square responses of liquid elevations.