基于模态缩减和模态实验数据的结构连接参数识别方法

利用在结构系统可测自由度上获得的不完备模态参数和子结构的有限元模型，根据模态缩减理论，建立了识别子结构间连接子结构参数的优化模型，采用逐次二次规划法求解，改善了测试噪声和模态截断误差的影响。该方法识别精度高、收敛速度快、计算量小，便于工程应用。     

基于实验模态参数的结构多层结合部参数识别

本文从一般情况出发，提出了一种利用结构实验模态参数与子结构有限元模型，识别结构多层结合部刚度与阻尼参数的方法。当结合部模态向量分别为可测，部分可测或不可测时，给出了相应的识别算法，特别地，当结合部模态向量为可测时，其识别算法无任何矩阵求逆运算。算例表明，本文方法具有满意的识别精度。     

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。     

求一般结构系统部分复模态的Ritz向量法及应用

构造了一种获取一般结构系统（刚度，阻尼矩阵可以是非对称的）Ｒｉｔｚ向量基的迭代方法，从而可以高维阻尼系统部分复模态解降价成为一个低维二次特征问题，将此降阶后的二次特征问题化成标准特征值后即可用ＱＲ方法求得系统的部分低阶持征解，作为应用，对一个实际转子－轴承系统的动力特性进行了计算分析。     

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。     

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.     

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。     

Constrained Substructure Model Updating Method Based on Local Mode

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. 关键词 模型修正,柔度矩阵,约束子结构,灵敏度,修正单元力     

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。     

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。     

Order reduction of forced nonlinear systems using updated LELSM modes with new Ritz vectors

Enhanced modal-based order reduction of forced structural dynamic systems with isolated nonlinearities has been performed using the updated LELSM (local equivalent linear stiffness method) modes and new Ritz vectors. The updated LELSM modes have been found via iteration of the modes of the mass normalized local equivalent linear stiffness matrix of the nonlinear systems. The optimal basis vector of principal orthogonal modes (POMs) is found via simulation and used for POD-based order reduction for comparison. Two new Ritz vectors are defined as static load vectors. One of them gives a static displacement to the mass connected to the periodic forcing load and the other gives a static displacement to the mass connected to the nonlinear element. It is found that the use of these vectors, which are augmented to the updated LELSM modes in the order reduction modal matrix, reduces the number of modes used in order reduction and considerably enhances the accuracy of the order reduction. The combination of the new Ritz vectors with the updated LELSM modes in the order reduction matrix yields more accurate reduced models than POD-based order reduction of the forced nonlinear systems. Hence, the LELSM modal-based order reduction is enhanced via new Ritz vectors when compared with POD-based and linear-based order reductions. In addition, the main advantage of using the updated LELSM modes for order reduction is that, unlike POMs, they do not require a priori simulation and thus they can be combined with new Ritz vectors and applied directly to the system.     

Ritz-POD法的原理及应用

提出一种在频域内分析大跨度屋盖结构的风振响应的Ritz-POD法。该方法用本征正交分解法(POD法)分解脉动风压场,得到占优的前几阶本征模态作为荷载的空间分布形式;根据此荷载空间分布形式生成Ritz向量,用Ritz向量直接叠加法分析结构风振响应,以解决大跨度屋盖结构多振型参与振动且高阶振型对结构响应贡献可能较大这一问题。运用该方法分析一单层球面网壳的风振响应,并与振型分解法对比,结果表明Ritz-POD法仅用少量的Ritz向量进行结构风振响应分析便可达到较高精度。     

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.     

线性随机结构在随机激励下动力响应分析

利用虚拟激励法对随机结构正交展开理论进行扩展,并在Ritz向量子空间中对扩阶系统方程进行动力聚缩,提出了一类可以快速高效地进行线性随机结构复合随机振动分析的计算方法．算例分析表明,该法可以方便地分析随机结构在平稳或非平稳随机激励下的复合随机振动问题,且分析结果与 Monte Carlo模拟分析结果符合良好;与均值参数确定性结构传统随机振动分析计算结果相比,随机结构在相同随机激励下响应自谱密度曲线具有峰值降低、谱宽增大的特点．     

变高度简支箱梁剪力滞半解析解

基于结构动力学中的Ritz向量叠加法基本原理，建立了求解静力学中变高度简支箱梁剪力滞效应半解析解的分析方法．该方法以相同跨度、相同边界条件等截面Euler梁的振动模态及其导数为Ritz基函数，将箱梁的竖向挠度在模态空间线性展开，将剪切转角的最大差值在模态导数的空间线性展开，从而将变系数剪力滞效应微分方程组转变为线性代数方程组进行求解．随后分别进行截面高度为常量、线性衰减和抛物线变化箱梁的剪力滞计算．计算结果表明，截面高度变化越小，Ritz法收敛越快；随着参与计算模态阶数的增加，Ritz法的计算结果逐步收敛到解析解；采用10阶以上模态进行箱梁剪力滞系数的计算，计算误差小于5 %．     

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.     

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。     

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.      

Dynamics of cable truss via polynomial shape functions

A model for the in-plane dynamic behaviour of a biconcave cable structure, subject to large static deformations and potentially slack harnesses is proposed, based on polynomial shape functions, in line with the classical Ritz method. The model provides a semi-analytical approach to the calculation of natural frequencies and modal shapes of the structure. The proposed formulation leads to an eigenvalue problem, based on a reduced number of degrees of freedom compared with equivalent FEM solutions, providing the basis for fast and accurate sensitivity analysis. The behaviour of the deformed structure is analysed in detail to understand the non-linear effects of non-symmetric mass and load distribution and slack harnesses on natural frequencies and corresponding modal shapes. Results confirm the relevance of the non-linear effects, due to the statically loaded configuration, on the linear vibrations of the structure, in particular evidencing the influence of the slackening of harnesses on modal shapes. Results are compared to analytical models, where available (single sagged cable), and to FEM solutions (for cable trusses with non-uniform mass and load distribution and potentially slack harnesses), providing good agreement.

     

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。