模态分析和有限元法结合识别机械结构结合面动力学参数的研究

本文探讨了一种将实验模态分析和有限元法相结合，识别机械结构结合面动力学参数的新方法，以解决大型复杂机装拆不例，难于用实验方法识别部件间结合面动力学参数的问题。用些方法识别了一台遥臂钻床的接触度和接触阻尼。     

基于正交性条件识别机械结构结合面参数方法的改进

本文在文献［１］所提出的基于正交性条件识别机械结构结合面阻尼参数方法的基础上，进一步提出采用正交条件式中虚部方程识别结合面动力学参数的方法。理论和算例分析表明这种改进方法能大大降低机械结构的物理参数（即质量、阻尼和刚度）矩阵和结构系统测试振型二者的误差对结合面参数识别精度的不利影响，从而使这种方法更具有可行性。     

锅炉给水泵转子动力学参数的一、二阶摄动识别研究

锅炉给水泵的临界转速是非常重要的参数,与结构密切相关。为了准确地计算出给水泵的干临界转速(在空气中)和湿临界转速(在水中),必须知道转轴上的零部件对其弯曲刚度的加强作用。本文利用摄动传递矩阵法,结合实验室的试验数据,对某电站锅炉给水泵转子的动力学参数进行了一阶和二阶摄动识别。给出了给水泵转子上的热装叶轮、轴套对转子刚度产生加强作用的一、二阶摄动识别结果,得到了修正的给水泵转子系统动力学计算模型。由修正模型计算得到的转子系统固有频率与实测的转子系统固有频率吻合良好。指出一阶摄动识别的结果可以满足工程实际的精度要求。     

特征值反问题与振动物理参数识别

振动系统物理参数识别在工程中具有重要的实际意义。本文把矩阵特征值反问题与振动物理参数识别相联系,提出了一种识别振动系统物理参数的新方法,即先实测两种不同约束条件下的固有频率,再解特征值反问题,从而确定系统的物理参数。对于不同的具体问题,提出了四种识别办法,并进行了数值摸拟。对扭转振动系统和结构振动系统进行了实际试验识别,结果表明,本文提出的方法对于振动系统的物理参数识别是有效的,可供工程实际应用。     

一种基于复变量求导法的岩土体抗剪强度参数反演新方法

边坡稳定性分析中,岩土体(含结构面)抗剪强度参数的确定至为重要.工程实践中利用边坡上实测的位移数据反演岩土参数是一种理想的参数确定方法.当前采用的位移反分析方法在反演弹性模量、泊松比及地应力等参数时已经取得了较好的成果,但在反演抗剪强度参数时仍未获得理想的结果.本文针对岩土体抗剪强度参数反演中所存在的困难,将复变量求导法、优化方法以及岩土弹塑性有限元法结合起来,提出一种适用于岩土体抗剪强度参数的反演分析新方法,通过测点实测位移反演计算出岩土体的抗剪强度参数.算例结果表明,该方法具有较高的计算精度和搜索效率,是一种值得推广的位移反分析方法.     

高层建筑风荷载反演研究

本文研究了结构参数未知条件下的高层建筑风荷载反演问题,通过将平均风速的实测特性作为识别计算中的辅助条件,文中提出了一类荷载归一化统计平均方法,结合工程实例,进行了高层建筑风荷载反演分析,结果表明,本文建议方法可以在幅值、时程等方面均给出良好的风荷载反演结果,同时识别得到的结构参数具有良好的精度。从而为高层建筑风荷载研究提供了一条可行途径。     

爆破地震波中S波识别方法及其应用

S波震相初至时刻的精确识别是岩石动力学参数反演的关键环节。其拾取的精度和速度直接影响到岩石动力学参数反演的精度和效率。对S波的识别研究大多都集中在地震领域,现有方法难以有效的识别工程尺度下的爆破地震波S波的到时。本文中拟提出一种适用于工程尺度下S波的识别方法。该方法不对振动信号进行滤波处理,采用短时平均过零率、偏转角、偏振度和横向能量与总能量比值等4个识别参数对S波进行识别。结合丰宁抽水蓄能电站地质勘探洞爆破实验实测数据识别效果与数值模拟结果表明:该方法在工程尺度下的识别误差小于3%。该算法能较好地适用于工程尺度下S波初至时刻进行识别。     

结构碰撞振动的建模与模态截断

根据弹性体碰撞理论和结构模态分析,提出一种简便方法识别两弹性结构的碰撞恢复系数和碰撞速度,进而可确定碰撞阻尼,该方法及后继的碰撞振动分析涉及到结构模态截晰,为此,文中分析了模态截断对碰撞参数识别精度的影响,讨论了不同模态截断对研究碰撞系统动力学行为的作用。     

实验数据反演识别分析方法与力学表征

本文给出了两类基于实验(实测)数据的反演识别方法,简述了其在界面力学性能及工程实测数据分析中的应用.在粘接界面力学性能的反演识别实验研究中,基于不同加载速率的实验曲线,结合参数化界面力学模型,通过反演识别给出粘接界面力学性能参数,并对识别结果的适定性进行独立的实验验证;在基于工程实测数据的反演识别与力学建模方面,在分析盾构装备载荷特点的基础上,对海量的实测数据统计分类,提出了力学量纲分析的建模方法,并应用于盾构掘进载荷的反演识别研究.     

基于贝叶斯信息融合的岸桥有限元模型修正研究

为建立精确的岸桥有限元模型,研究了基于贝叶斯信息融合的模型修正方法．通过方差分析,确定待修正参数,利用中心复合试验设计获取样本点,根据有限元计算结果与实测的结果残差为目标函数获得响应样本．拟合样本点和响应样本值构建二阶多项式响应面模型,并检验响应面模型的精度．基于贝叶斯理论更新融合系数来优化响应面参数,从而获得修正模型．以宁波大榭3号岸桥为工程背景,对比修正后的模态频率和实测频率,最大频率相对误差不超过5%,进而验证了基于贝叶斯信息融合的动力学有限元模型修正方法的有效性．修正后的有限元模型可进一步应用于岸桥的健康监测和安全评估．     

Compact model and identification process for friction induced damping in a rotational joint with flawed surfaces

It is well known that bolted joints have significant influence on the dynamical behavior of assembled structures due to formation of damping. This paper focuses on damping caused by dry friction in a rotational joint. Friction can be either induced by micro-slipping or macro-slipping. This paper describes the design of a new experimental device intended to measure damping caused by friction and partial slip in rotational joints. An original method for measuring dissipated energy in rotational joints with plan-plan contact is proposed. This method is based on Lagrange formalism and allows to measure accurately forces and torques only with accelerometers. These techniques are available for very small displacements that occur in micro-slip and partial slip of surfaces in contact and are still available for large displacements (macro-slip). An analytical compact model based on the Greenwood model is studied. The experimental results and simulations used to quantify the dissipated energy in order to compute the damping ratio are presented and discussed.     

A method for the identification of dynamic constraint parameters in multi-supported flexible structures

In this paper, a new method for identifying the dynamical parameters of local constraining supports such as mass, stiffness, and damping was developed through combining the measured frequency transfer functions and structural modification techniques. Since measurement noise often leads to erroneous identifications, regularization techniques have been implemented to reduce noise amplification in the inverse problem. The developed technique has been validated by numerical tests on a multi-supported flexible structure, which can be seen as an idealized electricity generator rotor shaft. The results are satisfactory for noise-free data as well as under realistic noise levels. The sensitivity of the identified support features to noise levels is asserted through a parametric study     

Identification of nonlinear bolted lap-joint parameters by force-state mapping

Joints and fasteners often have a significant effect on the dynamical behaviour of assembled mechanical structures and the analytical prediction of structural responses therefore depends upon the accuracy of joint modelling. Detailed constitutive models that fully describe the behaviour of frictional interfaces are often unduly complicated; in which case simpler phenomenological models having parameters identified from vibration tests may be preferable. Unfortunately the direct measurement of forces transmitted between two contacting surfaces and their relative displacements are not possible in practice and it is therefore necessary to rely on measurements remote from joints. In this paper, the parameters of an assumed nonlinear joint model are identified by force-state mapping from time-domain acceleration records in response to single-frequency excitation close to the first natural frequency. The problem of lack of accessibility for measurement at the joint is overcome by casting the governing equation of the system in modal coordinates so that modal parameters are identified to represent the nonlinear behaviour of the joint. A particular result from the experimental programme is the identification of viscous damping coefficients dependent upon displacement amplitude. The significance of this result is that the complex phenomenon of energy dissipation in lap joints can be represented by a simple analytical model capable of producing accurate results.     

General dynamic equation and dynamical characteristics of viscoelastic Timoshenko beams

In this paper, a governing differential equation of viscoelastic Timoshenko beam including both extension and shear viscosity is developed in the time domain by direct method. To measure the complex moduli and three parameters of standard linear solid, the forced vibration technique of beam is successfully used for PCL and PMMA specimens. The dynamical characteristics of viscoelastic Timoshenko beams, especially the damping properties, are derived from a considerable number of numerical computations. The analyses show that the viscosity of materials has great influence on dynamical characteristics of structures, especially on damping, and the standard linear solid model is the better one for describing the dynamic behavior of high viscous materials.     

Bracing rhombic structure by one-dimensional tensegrities

Certain behaviors of some material are characterized by the periodic bar and joint elements. We present a kinematic, geometric and graph theoretic connected model that describes the stability, rigidity property of these rhombic tiling materials in two dimensions. Cables, struts or rods are placed as bracing elements between opposite pairs of diagonal joints, to prevent the rhombic tiling from the rotation of the bars around their common joint. We characterize the rigidity of the finite parts of the rhombic bracing structure in the plane. The results of this paper are based on the theorem of the rigidity of one-dimensional tensegrity framework from Recski and Shai. We have applied our results to describe some auxetic type structures that were mentioned earlier in the scientific literature. We also introduce the model as a possible candidate for the mechanical information processing system in a repetitive bar and joint structure.     

结构动力学模型中阻尼特性参数的修正

将结构分析计算的稳态位移响应和相应实测数据的差异映射为具有能量意义的误差范数，通过最小化该误差范数来修正与结构系统有关的阻尼特性参数．通过计算的或实测的频响函数获得稳态响应数据，使用的幅值在理论上完全包含了所有的复模态信息，参数值正过程采用迭代的方式．给出仿真算例，并对实验数据有噪声和无噪声两种情况进行了研究，结果表明方法合理且可行．     

核电结构土-结相互作用分析分区混合计算方法

土-结构相互作用分析是核电结构进行抗震设计和安全评估的重要环节.在核电结构的土-结相互作用分析中,阻尼和非线性是影响结构反应的重要因素. 若采用频域分析,可以方便考虑阻尼,但需通过等效线性化来考虑非线性,不适合于强震作用下的土体非线性.若采用时域分析的逐步积分方法,适合于考虑非线性,但材料阻尼一般采用瑞利阻尼模型,除了紧靠指定阻尼比的少数几个振型外,其他振型的反应将受到瑞利阻尼模型所确定的大阻尼所抑制,造成地震反应与真实情形有较大差异.若采用时域分析的模态叠加法,可合理计入阻尼效应,但模态叠加法不能考虑非线性.因此,如何合理考虑阻尼和非线性是核电结构土-结相互作用分析需要关注的问题.基于此,本文提出一种模态叠加和时步积分结合的土-结相互作用分区算法.其中,出于安全性考虑,地震作用下核电主体结构一般不允许进入非线性,因此结构可采用模态叠加方法,以便合理考虑结构阻尼;土体和基础采用显式时步积分法,可考虑土体非线性;通过人工边界条件考虑无限域的影响 (辐射阻尼).通过简单算例对该方法进行了验证,并用于CAP1400核电结构的土-结相互作用分析中,对比分析了采用模态阻尼和瑞利阻尼时核电结构和场地反应的差异,结果表明结构阻尼模型对场地的反应影响不大,但对结构反应影响明显,在实际工程中应合理选取阻尼模型.      

三种典型轴向运动结构的振动特性对比

轴向运动结构的横向振动一直是动力学领域的研究热点之一.目前大多数的文献只涉及对一种模型的研究,而针对几种模型的对比分析较少.本文对3种典型轴向运动结构(Euler梁、窄板和对边简支对边自由的板)的振动特性进行了对比分析.针对工程中不同的结构参数,本文为其理论研究中选择更加合理的模型提供了参考.通过复模态方法求解了3种模型的控制方程,给出了其相应的固有频率及模态函数.对于板模型,同时考虑了其自由边界的两种刚体位移以及弯扭耦合振动3种情况.通过数值算例给出了3种模型的前四阶固有频率随轴速和长宽比的变化情况,并应用微分求积法对复模态方法得到的解析解进行验证.特别采用三维图的形式分析了不同的轴速、阻尼、刚度和长宽比等参数混合时对3种模型第一阶固有频率的影响,着重研究了窄板和梁的不同的长宽比和轴速混合时对两者的第一阶固有频率的相对误差的影响.结果表明:随着轴速的增大,3种模型的固有频率逐渐减小. 窄板是板的一种简化模型.在各参数值发生变化时,阻尼对第一阶固有频率的影响最小.长宽比很大,轴速很小或为零时,复杂模型可以简化为简单模型.      

导管架式海洋平台阻尼隔振及减振技术研究

分析和研究了导管架式海洋平台结构采用阻尼隔振技术的基本原理，建立了阻尼隔振体系简化计算模型，推导了两自由度简化模型，采用强行解耦方法计算结构第一振型阻尼比的计算公式，研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整件和隔振层层间相对位转的控制效果，进行了在波浪力和地震工况下的数值模拟，结果表明，阻尼隔振方案是导管架式海洋平台的一种有效减振措施，当阻尼隔振层刚度较大时，可以有效控制平台结构的振动。     

具有曲率和惯性非线性以及材料内阻的旋转复合材料轴的主共振

旋转复合材料轴作为一类典型的转子动力学系统,在先进直升机和汽车动力驱动系统中有着广阔的应用前景.研究旋转复合材料轴的非线性振动特性具有重要的理论与实用价值.然而,目前有关旋转轴的非线性振动研究仅限于各向同性金属材料轴,很少考虑材料内阻的影响.本文研究具有材料内阻的旋转非线性复合材料轴的主共振.非线性来源于不可伸长复合材料轴的大变形引起的非线性曲率和非线性惯性,材料内阻来源于复合材料的黏弹性.动力学建模计入转动惯量和陀螺效应.基于扩展的Hamilton原理,导出具有偏心激励的旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组.采用Galerkin法将偏微分方程离散化为常微分方程,采用多尺度法对常微分方程进行摄动分析,导出主共振响应的解析表达式.对内阻、外阻、铺层角、长径比、铺层方式和偏心距进行数值分析,研究上述参数对旋转非线性复合材料轴的稳态受迫振动响应行为的影响.研究发现,角铺设复合材料轴的内阻系数随着铺层角的增大而增大;内阻对主共振响应特性的影响主要体现在对抑制振幅和改变频率响应的稳定性方面;发生在正进动固有频率附近的主共振响应具有典型的硬弹簧非线性特性.本文提出的模型能够用于描述旋转复合材料轴的主共振特性,是对不可伸长旋转金属轴非线性动力学模型的重要推广.