基于敏感参数修正的结构动态特性设计方法

本文提出了一种基于敏感设计参数修正的求解有限元逆特征值问题的新方法，以解决满足固有频率，固有振型及质量，质心等预定要求的结构动态特性再设计问题。针对通常设计结果对给定的固有振型的误差相当敏感，本文利用列主元ＱＲ分解将设计参数分为敏感设计参数和非敏感设计参数；通过敏感设计参数的修正求解满足预定要求的设计结果。算例及实际设计表明本文方法具有高效、可靠的特性。     

金属丝网——油液介质耦合减振器抗冲击动态力学特性研究

基于金属丝网－油液介质耦合减振器原理样机的抗冲击动态力学特性进行研究，样机的多参数匹配冲击试验研究表明该减振器具有强非线性动态特征，并能实现抗大冲击；在此基础上结合流体理论和库伦摩擦理论建立了原理样机非线性冲击动态特性模型，研究减振器抗冲击力学特性的设计可控性，该建模方法直接引入结构参数，为直接设计具体的器件建立了理论基础。     

电子信息设备用新型油阻尼减振器的抗冲击动态特性试验与建模

本文基于电子信息设备振冲防护中抗大冲击并兼顾衰减振动要求,通过巧妙的油阻尼结构和金属弹性元件相耦合设计了结构微小的产品样机;样机的多参数匹配冲击试验研究表明该耦合减振器具有强非线性冲击动态特征,在此基础上本文结合理论分析形成复合建模方法建立了原理样机冲击动态特性模型,该建模方法直接引入结构参数,为直接设计具体的器件建立了理论基础;研究表明该减振器性能优越并具有良好的设计可控性,具有广泛的应用前景。     

非确定性结构静动态特性稳健优化设计

本文研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健性优化设计问题的数学模型和数值求解。在考虑结构设计变量和其研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健性优化设计问题的数学模型和数值求 解. 在考虑结构设计变量和其他参数随机分布的前二阶矩的条件下，采用基于二阶摄动法的 随机有限元方法对结构响应的平均值和方差进行近似求解. 在摄动法有限元分析的框架下， 提出以一般函数形式表达的结构性能的平均值和标准差及其灵敏度的计算格式. 将结构 稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题，优化目标包含结构性能函数的期望值和标准 差，约束函数的变异也给予考虑. 优化问题采用基于函数梯度的算法进行求解. 文中给出的数值算例显示了方法的有效性.     

关于国际模态分析会议

在航空航天器、车辆、船舶、海洋工程、机床、动力机械、土建工程等结构系统的发展中,振动问题在分析、设计、使用过程中日益重要,结构动力特性的确定成为动态设计的核心环节。所谓模态分析就是用分析或试验的方法来确定结构系统的固有频率、阻尼系数和振型等模态参数的过程。广义的模态分析还包括试验与分析方法的结合。结构动力学修改,结构系统数学模型的建立,并用于分析系统的动力响应、稳定性以及振动控制。     

结构动力特性修改的矩阵摄动方法

结构动力特性的修改是结构动态问题研究中的一个重要方面。本文提出了一种计算修改结构动力特性的快速分析方法——矩阵摄动方法,导出了计算任意阶摄动量的求解通式。它可由原结构的实(或复)模态参数和结构参数的修改量快速地求出修改结构的全部实(或复)模态参数并可对修改结构进行响应分析等。文中对阻尼比随结构修改而改变的情况作了充分的考虑。最后例举了一个多自由度梁作为数字例子,并对一实际车床结构作了复摄动分析,分析结果证明了本文方法的正确性并说明了其解决实际问题的有效性。     

悬停状态下无铰式旋翼动力学参数试验研究

旋翼结构参数及动力学参数对旋翼动力学特性有着重要影响。随着旋翼结构型式的不断更新,在旋翼设计中需要考虑的动力学参数也相应增加,从而使旋翼的动力学问题更加复杂化。本文通过在２米旋翼试验台上进行的试验,用测量桨叶频响函数和稳态响应的方法研究了悬停状态预锥角、预掠角和总距角等旋翼结构参数对桨叶固有特性及气动弹性稳定性的影响规律,并同计算结果进行了比较,得到了一些对旋翼设计有实用意义的结论     

基于有限元法的车载炮摇架和上架的静动态设计

讨论了应用有限元法进行车载炮摇架和上架静动态设计的方法,建立了摇架和上架的有限元模型,叙述了摇架和上架作为一个整体时的受力分析及单元类型的选择.通过静态刚度和强度分析,得到摇架和上架静载作用下的最大位移和应力,通过动态响应分析了解到其动态特性.由此找出了原方案结构设计中存在的问题及结构的薄弱环节,通过对结构的改进使其逐步达到设计要求.所提到的方法可推广到火炮其它部件的结构动态设计中.     

H_∞控制器在变参数有源磁悬浮系统中的应用

建立了液浮陀螺仪浮子有源磁悬浮控制模型,深入地分析了其结构组成及工作原理。针对所建立的数学模型对各个结构参数进行了鲁棒性分析研究,得出了系统鲁棒稳定性对各个参数的要求。在此基础上,建立了系统工作的状态方程,对变参数的阻尼系统进行了分析研究,设计了满足系统动态性能和鲁棒稳定性要求的H∞控制器。最后分别对初始系统和校正系统进行了仿真研究,仿真结果表明,H∞控制器提高了阻尼在一定范围内变化的磁悬浮系统的鲁棒控制性能,增强了系统的抗干扰能力和动态特性。     

一种固流耦合结构的抗冲击力学特性实验研究

针对一种新型固流耦合减振器原理样机开展了多参数匹配冲击力学特性实验研究,结果表明其具有良好的抗大冲击能力,并表现出强非线性动态力学特征,同时通过改变一些主要的参数器件测试其力学工作特性,研究了共力学特性的设计可控性。     

钻井液流体特性对井下涡轮性能的影响

涡轮结构广泛应用于钻井工具,在对其进行仿真分析研究过程中通常采用清水作为介质,但该方法并不能比较确切地反映涡轮结构在井下实际的工作特征。针对该问题,本文建立了某型涡轮三维模型,采用Turbo Grid软件确定合理的网格参数,并进行了网格划分。采用Herschel-Bulkley钻井液流变模型研究了钻井液流体参数对涡轮结构的输出扭矩和效率的影响。基于响应面法,采用Box-Behnken设计方法得到了钻井液流体参数与涡轮性能指标的关系。结果表明,相较于稠度指数和流变指数而言,钻井液的密度和动切力对涡轮结构的输出扭矩和效率影响显著。因此,在探讨钻井液流变参数对涡轮性能影响时,应该优先考虑钻井液的密度和动切力特性。     

兼顾静动荷载的结构拓扑优化方法

为避免考虑瞬态动力性能时拓扑优化的高计算成本,满足工程快速设计的需求,获得主要静动荷载作用下的合理结构形态,本文提出了一种低计算成本的兼顾静动荷载的结构拓扑优化方法。施加的动荷载是地震等效荷载,用振型分解法和抗震规范中的反应谱曲线确定;通过结构形态、动力特性和地震等效静载的相互反馈和作用实现了考虑结构动力特性的拓扑优化;此外,还提出方法的自动进化策略。算例表明,方法可有效实现兼顾静动性能的拓扑优化。     

大跨空间结构地震反应分析方法研究应用现状

大跨度空间结构动力特性复杂,在基于性能的空间结构抗震设计背景下,发展和完善大跨度空间结构的地震反应分析方法至关重要．在阐述大跨度空间结构动力特性的基础上,归纳了振型分解反应谱法、动力时程分析法、增量动力分析法、静力推覆分析法和随机振动分析法的研究与应用现状,分析并指出了每种方法在应用中面临的主要问题．最后,指出了大跨度空间结构地震反应分析方法研究中应注意的问题．     

质量周期分布对偏心旋转环状结构自由振动的影响

工程实际中,某些旋转对称设计结构由于存在制造安装误差常呈现偏心旋转状态,进而影响结构稳定性.针对该类环状周期结构,考虑其偏心运动,研究附加质量周期分布参数以及偏心率对系统固有频率与动力稳定性的影响.首先,在环状结构上建立随动坐标系,利用Hamilton原理建立动力学模型.其次,采用经典振动理论求解系统的特征值,分析不同参数组合下的模态特性和不稳定性.最后,利用数值法计算系统的动态响应,并与解析结果进行对比.结果表明,当附加质量个数与波数满足一定关系时,固有频率发生分裂;对于不同的偏心率和周期分布特征,系统在不同转速下动力性能差异较大,适当提高偏心率、选取合适的附加质量个数及大小可有效抑制不稳定性.此研究有助于分析工程实际中该类结构的动力学稳定性,为其振动控制提供借鉴.     

声波超材料设计的力学原理与进展

声波超材料是一种特殊的人工复合材料,它基于连续介质力学理论描述,通过对微观结构的精心设计,在宏观上获得反常规的动态材料属性,如负动态质量,负动态模量,负折射率等.超材料的出现为实现波动控制提供了可能,相关研究在工程领域具有潜在的应用价值.本文着重阐述了弹性固体超材料、声波超材料、超表面、主动超材料的设计原理与相关研究进展, 所述原理对于波控结构的设计与制备实现具有指导意义.     

Fast approximations of dynamic stability boundaries of slender curved structures

Curved beams and panels can often be found as structural components in aerospace, mechanical and civil engineering systems. When curved structures are subjected to dynamic loads, they are susceptible to dynamic instabilities especially dynamic snap-through buckling. The identification of the dynamic stability boundary that separate the non-snap and post-snap responses is hence necessary for the safe design of such structures, but typically requires extensive transient simulations that may lead to high computation cost. This paper proposes a scaling approach that reveals the similarities between dynamic snap-through boundaries of different structures. Such identified features can be directly used for fast approximations of dynamic stability boundaries of slender curved structures when their geometric parameters or boundary conditions are varied. The scaled dynamic stability boundaries of half-sine arches, parabolic arches and cylindrical panels are studied.     

基于MTMD的大跨度人行悬索桥人致振动控制

大跨度人行悬索桥柔度大且阻尼小,易在人群荷载激励下产生过大振动,导致舒适度不满足规范要求.对于此类结构,需要采取有效减振措施控制其动力响应.本文介绍了多重调谐质量阻尼器(MTMD)对主跨600 m人行悬索桥的人致振动控制性能.利用有限元软件建立了某大跨度人行悬索桥模型,以德国EN03规范为计算依据,计算了悬索桥的人致振...     

连接组合结构协同动力学拓扑优化设计

工程实际结构通常是由多个部件组合而成, 且各部件通过连接构件传递彼此间的载荷和振动能量. 连接构件的布局设计与约束状况对整个结构的拓扑构型、动态性能以及承载能力等均有较大的影响. 本文研究连接组合结构构型与部件间连接构件布局的协同动力学优化问题, 使整体结构在简谐激励作用下动柔顺度达到最小. 以弹簧连接单元模拟连接构件的约束及承载状况, 将承力构件材料的相对密度与弹簧连接单元的相对刚度同时作为设计变量. 在材料体积约束以及连接构件数量约束的条件下, 采用基于梯度的优化算法开展组合结构的拓扑构型与连接构件的布局协同优化设计. 通过与无连接约束构件的单体式结构拓扑优化结果进行对比, 展示了组合结构拓扑构型的变化, 以及连接约束的布局设计对整体材料分布和结构动力性能的影响. 数值结果表明, 虽然组合结构协同优化设计的动柔顺度总是大于单体式结构的结果, 但结构固有频率的变化却具有一定的偶然性, 即可提供更加优越的结构构型与连接布局设计.      

折纸结构和折纸超材料动力学研究进展

折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随...     

用于结构健康监测的智能夹层研究进展

利用改进的柔性印刷电路技术,把一个分布式传感器/驱动器网络预先复合到一片绝缘载体膜上形成薄层,再结合相应的信号控制和处理软件,这就是当前先进的智能夹层(SMARTLayer)技术。结构健康监测(SHM)系统中智能夹层的提出及发展,将有可能把目前广泛采用的离线、静态、被动的材料及结构的损伤检测,转变为在线、动态、实时的健康监测,从而导致工程结构及材料安全监测与性能改善思路产生质的飞跃,引起结构及材料设计思想的变革。在本文中,主要阐述了智能夹层的发展、特点、关键技术、部件、相关的数据处理和应用情况,以及对今后的发展提出了一些需要注意解决的问题。在研究中,我们发现嵌入到玻璃纤维复合材料中的智能夹层对工程材料基体的力学性能没有产生明显的影响,并且自身的电学性能也非常稳定。