5（1／4）温盘机头盘系统的结构动态特性研究

本文将拓扑图的多口网络点边关联矩阵引入固定界面模态综合技术,使模态综合过程规范化,子结构划分更加方便,提高了系统综合能力.该方法可用于子结构串联、并联和混联构成的任意系统模型.用所编制的动力程序分析了5(1/4)温盘机的头盘组件(HDA系统)的动态特性,还采用动态全息照相技术验证了理论分析结果.     

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。     

子结构Ritz向量综合法

讨论了在动态子结构法中应用静态Ｒｉｔｚ向量替代模态向量时所应考虑的基本问题，即如何合理地定义荷载空间分布向量｛ｆ（ｓ）｝，以避免在子结构中出现低阶模态不连续分布的情况。文中给出了在自由子结构和约束子结构内进行Ｒｉｔｚ变换的一般形式及修正公式。算例表明：应用子结构Ｒｉｔｚ向量综合技术能有效地提高线性结构模态分析的计算效率     

航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展

本文以载荷分析为主要内容, 概述航天飞行器结构动力学研究的一些进展. 首先介绍航箭(航天器/运载火箭简称为航箭) 耦合系统载荷分析基本思想. 然后介绍以下3 个方面的载荷分析方法: (1) 采用基础激励理论初始载荷分析的近似方法; (2) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统分支模态综合法. 导出采用约束模态质量界面加速度的航天器载荷计算方法; 当仅考虑静定约束特殊情况时, 退化的方程与Chen 采用有限元法导出的方程相同. 给出新航天器载荷瞬态分析技术, 即一个以前的航天器/运载耦合系统载荷结果可以用来获得相同运载火箭发射一个新航天器结构的必要的载荷信息. (3) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统模态综合法. 包括: 固定界面模态综合法, 以及航天器/运载耦合的界面综合动态响应计算新方法. 最后, 介绍验证载荷分析技术. 简要讨论验证技术的重要性, 提出了采用试验与理论相结合的结构动态试验仿真技术,该方法包括了一套修正数学模型的新技术, 称之为子结构试验建模综合技术. 该方法已应用于复杂的结构建模. 在进行CZ-2E 运载火箭实尺模态试验之前, 用建议的模态试验仿真技术给出CZ-2E 模态参数的预示结果, 并与随后获得的实际模态试验结果相比, 两个结果彼此之间高度一致. 这个结果证明了模态试验仿真技术已成功地预示了CZ-2E 运载火箭的模态参数, 验证了建议的模态试验仿真技术的可靠性. 讨论了振动台振动试验仿真技术. 介绍了振动台振动试验仿真的几个关键技术. 包括: 有限元模型修正技术, 40 t 振动台系统台面控制仿真方法和D 卫星振动台振动试验仿真.      

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。     

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。     

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。     

基于弹性动力学变分原理的模态综合法研究

视子结构为一包含许多内自由度的“大的元素”,子结构界面为“元素的边界”。本文基于弹性动力学的变分原理对界面的要求,选取模态集,导出了位移协调、位移杂交、应力平衡及应力杂交四种子结构模型;定义了有关模态贡献因子,给出模态减缩原则;并讨论了结果误差、提高精度的方法及问题的收敛性。     

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。     

汽车整车非线性动力计算

通过轿车副车架橡胶支承的动态特性试验和理论分析,实现橡胶支承迟滞特性的数学建模和参数识别。利用所建模型重构恢复力-位移迟滞回线,并与试验结果比较表明所建模型的正确性。介绍了具有线性和非线性连接子结构的自由界面模态综合法的基本原理,并采用该方法建立了考虑副车架橡胶支承迟滞特性的整车非线性动力学模型,用所建模型对汽车动力特性进行了数值仿真,并通过试验对仿真结果进行验证。     

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。     

改进的直接部件模态综合法

Yee和Tsuei提出的直接部件模态综合法将自由界面模态综合法与频响函数相结合 ,简化了计算过程、减少了计算量 ,并便于与实验模态分析相结合。本文在其基础上利用矩阵级数展开的方法将被截断高阶模态的贡献用保留模态和系统物理特性矩阵精确表达 ,结合分块计算方法 ,进一步减少了计算量并有效地提高了计算精度 ,且确定了模态截断准则。数值算例表明其行之有效     

A new appraoch of the dynamic substructure method

Researches show that there exists a modal transformation matrix which is similar to that of the fixed interface method in form but slightly different from that in content. Using the constrained modes and normal modes or Lanczos vectors, a new modal transformation developed from hybrid method is given, in which the interface forces are replaced by interface displacements. The first synthesis equations are assembled easily as with the fixed interface method, yet the interface coordinates can be further eliminated as with the free-interface method. The new method unifies the fixed- and free-interface methods as well as hybrid method,permitting easy implementation of the Lanczos vectors to replace normal modes so that only static modes are calculated. The dynamic substructure method thus becomes more flexible and efficient. This reveals the interrelations of various dynamic substructure methods. New formula for modal analysis and modal synthesis are developed and three examples are given for illustration.Supported by Doctoral Training Foundation of State Education Commission and NNSF of China.     

压电功能梯度板自由振动的三维解

基于三维弹性理论和压电理论，导出了有限长矩形压电功率梯度板的动力学方程及相应的边界条件，并用幂级数展开法进行了求解，得到了压电功能梯度板自由振动的三维精确解公式，求解了自由振动的固有频率，并分析了压电系数的梯度变化对不同电学边界条件下压电板的自由振动频率的影响，结果可用于校核不同的近似理论及理解压电结构的动态行为。     

MODAL SYNTHESIS METHOD FOR NORM COMPUTATION OF H ∞ DECENTRALIZED CONTROL SYSTEMS ( Ⅰ )

When using H ∞ techniques to design decentralized controllers for large systems,the whole system is divided into subsystems, which are analysed using H ∞ control theory before being recombined. An analogy was established with substructural analysis in structural mechanics, in which H∞ decentralized control theory corresponds to substructural modal synthesis theory so that the optimal H∞ norm of the whole system corresponds to the fundamental vibration frequency of the whole structure. Hence, modal synthesis methodology and the extended Wittrick-Williams algorithm were transplanted from structural mechanics to compute the optimal H ∞ norm of the control system. The orthogonality and the expansion theorem of eigenfunctions of the subsystems H∞ control are presented in part ( Ⅰ ) of the paper. The modal synthesis method for computation of the optimal H∞ norm of decentralized control systems and numerical examples are presented in part ( Ⅱ ).     

A family of modal methods for computing eigenvector derivatives with repeated roots

A family of modal methods for computing eigenvector derivatives with repeated roots are directly derived from the constraint generalized inverse technique which is originally formulated by Wang and Hu. Extensions are made to Akgün's method to allow treatment of eigensensitivity with repeated roots for general nondefective systems, and Bernard and Bronowicki's modal expansion approach is expanded to a family of modal methods. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

MODAL SYNTHESIS METHOD FOR NORM COMPUTATION OF H∞ DECENTRALIZED CONTROL SYSTEMS (Ⅱ)

When using H ∞ techniques to design decentralized controllers for large systems,the whole system is divided into subsystems, which are analysed using H∞ control theory before being recombined. An analogy was established with substructural analysis in structural mechanics, in which H ∞ decentralized control theory corresponds to substructural modal synthesis theory so that the optimal H ∞ norm of the whole system corresponds to the fundamental vibration frequency of the whole structure. Hence, modal synthesis methodology and the extended Wittrick-Williams algorithm were transplanted from structural mechanics to compute the optimal H∞ norm of the control system. The orthogonality and the expansion theorem of eigenfunctions of the subsystems H∞ control are presented in part (Ⅰ)of the paper. The modal synthesis method for computation of the optimal H ∞ norm of decentralized control systems and numerical examples are presented in part (Ⅱ).     

求解非比例阻尼体系复模态的实模态摄动法

根据工程结构的实际情况,建立了非比例阻尼结构体系复模态特性的近似求解方 法------实模态摄动法. 这一方法以复Ritz向量展开原理为基础, 把非比例阻尼结构体系复模态特性的分析过程分解为两个基本步骤,首先以结构体系的实模 态向量构建复Ritz向量的求解子空间,然后通过非线性复代数方程组的求解代替扩阶后的复 特征值方程的求解,从而简化了计算过程.通过两个算例表明: 这一方法不仅计算简便，而且具有较高的计算精度和执行效率, 对于复杂的非比例阻尼系统是很适用的，具有一定的工程应用价值.     

Eigenvalue and stability analysis for transverse vibrations of axially moving strings based on Hamiltonian dynamics

The Hamiltonian dynamics is adopted to solve the eigenvalue problem for transverse vibrations of axially moving strings. With the explicit Hamiltonian function the canonical equation of the free vibration is derived. Non-singular modal functions are obtained through a linear, symplectic eigenvalue analysis, and the symplectic-type orthogonality conditions of modes are derived. Stability of the transverse motion is examined by means of analyzing the eigenvalues and their bifurcation, especially for strings transporting with the critical speed. It is pointed out that the motion of the string does not possess divergence instability at the critical speed due to the weak interaction between eigenvalue pairs. The expansion theorem is applied with the non-singular modal functions to solve the displacement response to free and forced vibrations. It is demonstrated that the modal functions can be used as the base functions for solving linear and nonlinear vibration problems. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10472021, 10421002 and 10032030), the NSFC-RFBR Collaboration Project (1031120166/10411120494) and the Scientific Research Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars, State Education Ministry The English text was polished by Keren Wang