一种机械结构结合面动力学参数识别方法

机械结构结合面刚度和阻尼的确定是对结构进行动态分析和优化设计的关键问题之一。本文提出一种结合面动力学参数识别方法。该方法通过实测结构少量几个点上的振型和传递函数确定结合面参数。它不要求预先建立结构各部件的解析模型,也不需要实测整个结构完整的动态信息,因此适用于复杂结构结合面动力学参数的识别。文章阐明了结合面参数的识别原理,并讨论了如何消除实验误差对识别结果的影响。用本文方法识别了一台钻床的结合面参数,得到了令人满意的结果。     

包含几何误差的机械结合面法向刚度研究

对包含几何误差的机械结合面进行离散化,离散后的微表面的基准平面高度满足结合面几何误差分布.每个微表面内,微凸体的高度只受粗糙度的影响.基于接触理论建立了微表面的法向刚度模型,通过对微表面模型集成获得了结合面的法向刚度模型.通过对所建模型的数值仿真,揭示了结合面法向刚度与间隙的非线性关系,几何误差的幅值和波长对法向刚度的影响以及非线性刚度对结合面振动特性的影响.计算结果表明:法向刚度随着间隙的减少而迅速增加,几何误差会导致结合面宏观上的局部接触和应力集中;在相同干涉量下,法向刚度随着几何误差幅值的增加而增加,但与结合面的波长没有关系;非线性刚度会导致结合面固有频率的下降和振动位移的不对称.     

基于无网格方法的机械结合面接触分析

典型的无网格方法采用移动最小二乘函数（moving least squares, MLS）作为近似函数,但由于MLS不具备Kronecker delta函数性质,本质边界施加困难。LRPIM是采用径向基点插值形函数的无网格方法,本质边界条件无需特殊处理,可以直接施加,在保持高精度的前提下提高计算效率。将LRPIM应用于机械结合面接触问题的计算。根据位移连续条件推导了含接触特性的线性互补方程,建立了基于LRPIM的计算模型,采用线性互补算法利用数值积分计算了几种典型的接触问题,得到了接触面压力分布和接触变形,分析了插值函数形状参数和积分域尺寸对计算结果的影响。研究结果表明,插值函数形状参数α_c对接触力的影响较小,而形状参数q取-0.5～1.2时有较好的收敛效果;积分域无量纲尺寸a_qx、a_qy大于1.5时计算结果开始收敛,大于2.5时出现发散现象,取值2.1时收敛效果最佳。将计算结果与已有结果进行比较,表明本研究方法有较高的求解精度。     

机床结构结合面静态特性研究与内聚力模拟

针对机床结构中的平面结合面,通过实验分析了结合面在均布面压作用下的结合面法向变形与平均压力的关系;将结合面表面简化为半圆弧和正弦曲线两种微观形貌,利用有限元方法模拟结合面的接触变形力学行为,计算结果显示半圆弧形貌接触分析结果与实验结果较为接近.从结合面作用的物理本质出发,将结合面的相互作用等效为内聚力效应,利用内聚力模型分析了结合面的静态力学行为;内聚力模型计算结果与实验结果吻合较好.     

柔性机械臂动力学建模和控制研究

综述了柔性机械臂动力学建模和动力学控制等相关问题,介绍了柔性机械臂动力学建模中的旋转代数法、基于Lagrange方程的方法及基于模型辩识的方法;介绍了柔性机械臂动力学控制中的PD控制、反馈控制、自适应控制、鲁棒控制、预测控制、非线性控制和智能控 制,最后详细介绍了柔性机械臂动力学控制中的混合控制及智能结构;指出在柔性机械臂动力学建模和动力学控制应解决的问题。这对包括柔性机械臂在内的多柔体系统动力学建模与控制问题的研究有一定的促进作用。      

结构动力学中传递函数与模态参数识别

本文从任意粘性阻尼离散化线性结构系统的复模态理论出发,建立了结构系统传递函数与模态参数的一般解析关系式.在最优化方法基础上提出了两种传递函数和模态参数识别方法.用计算机试验、检验了两种识别算法的精度和使用范围.给出了真实结构识别全过程的实例.     

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。     

新老混凝土结合面抗剪性能试验研究

新老混凝土结合面是加固结构中最脆弱的部位,新老混凝土能否正常工作主要取决于结合面的抗剪强度。通过模型试验对结合面抗剪性能进行了研究。模型采用Z型试件,分为凿毛不植筋和既凿毛又植筋两种。对比试验结果表明,植筋能大大改善结合面的抗剪性,且大幅度提升新结构的承载力,是一种有效的加固处理方法。数值仿真结果与试验结果比较表明,结合面加固处理的模拟能在一定程度上反映实际情况中结合面的力学性能。     

超级有限元法在桁架组合结构分析中的应用

本文针对复杂杆系组合结构静动力问题讨论一种简捷有效的数值计算方法——超级有限元法,首先介绍其一般原理,继而针对一大类复杂桁架空间杆系组合结构准三维化处理(用一维变量加以表征),并将其离散成一系列单元,考虑弯曲、剪切、挤压、拉伸压缩、扭转等多种非经典变形效应,通过采用构件端部自由度向超级元自由度的转换而把复杂多构件问题的求解变为少量一维结点变量问题的求解,既达到了简化的目的,又保证了精度,而且可方便地与通常的有限元法结合使用。文中还给出了有关杆系组合结构分析的数值算例。     

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。     

模态分析和有限元分析相结合识别材料结构刚度

本文论述了利用模态分析和有限元分析相结合来识别复合材料板的刚度系数的方法。该方法取决于（１）正确的有限元模型；（２）可靠的实验模态分析数据和正确的相关准则；（３）快速而又稳妥的估算方法，该方法对有限元模型动力修正也是有用的     

IVECO40—10轻型客车车架建模与动态特性分析研究

建立各车车架有限元模型和研究了有关的建模方法,并在此基础上完成了动态特性的分析。通过与车架模态试验结果对比,验证了模型和建模方法的准确性,对ＩＶＥＣＯ新车型的虚拟开发具有重要意义。     

民机翼型跨音速风洞颤振模型的模态分析

民用飞机在跨音速区的颤振特性是其设计的关键限制之一,与飞机的安全性息息相关．跨音速颤振的计算会遇到激波、流动分离等高度非线性的气动问题,因此在计算跨音速颤振问题时往往把注意力放在气动力的计算精度上．但是,如果模态分析的计算精度不够,同样无法获得可靠的颤振计算结果．本文采用HyperMesh软件进行有限元建模,主要结构件均保留了原始结构的几何信息,通过设置材料密度模拟结构的质量分布．由NASTRAN软件的Lanczos求解器完成模态分析并给出主要关注的四阶模态,经过简单的有限元模型修正,使四阶模态的计算频率与试验频率一致,计算和试验的固有振型一致,为后续的跨音速颤振分析打下基础．     

Nonlinear Dynamic Analysis of MEMS Switches by Nonlinear Modal Analysis

A nonlinear modal analysis approach based on the invariant manifoldmethod proposed earlier by Boivin et al. [10] is applied in this paperto perform the dynamic analysis of a micro switch. The micro switch ismodeled as a clamped-clamped microbeam subjected to a transverseelectrostatic force. Two kinds of nonlinearities are encountered in thenonlinear system: geometric nonlinearity of the microbeam associatedwith large deflection, and nonlinear coupling between two energydomains. Using Galerkin method, the nonlinear partial differentialgoverning equation is decoupled into a set of nonlinear ordinarydifferential equations. Based on the invariant manifold method, theassociated nonlinear modal shapes, and modal motion governing equationsare obtained. The equation of motion restricted to these manifolds,which provide the dynamics of the associated normal modes, are solved bythe approach of nonlinear normal forms. Nonlinearities and the pull-inphenomena are examined. The numerical results are compared with thoseobtained from the finite difference method. The estimate for the pull-involtage of the micro device is also presented.     

具有随机参数的动力系统随机地震响应分析

本文同时考虑地震输入的随机性和结构动力本数的随机性，在随机振动分析中引入随机有限元法，以单自由反动力系统为例，分析了不同参数变异性对随机结构动力响应的影响。     

Nonlinear Modal Analysis of Structural Systems Using Multi-Mode Invariant Manifolds

In this paper, an invariant manifold approach is introduced for the generationof reduced-order models for nonlinear vibrations of multi-degrees-of-freedomsystems. In particular, the invariant manifold approach for defining andconstructing nonlinear normal modes of vibration is extended to the case ofmulti-mode manifolds. The dynamic models obtained from this technique capture the essential coupling between modes of interest, while avoiding coupling fromother modes. Such an approach is useful for modeling complex systemresponses, and is essential when internal resonances exist between modes.The basic theory and a general, constructive methodology for the method arepresented. It is then applied to two example problems, one analytical andthe other finite-element based. Numerical simulation results are obtainedfor the full model and various types of reduced-order models, including theusual projection onto a set of linear modes, and the invariant manifoldapproach developed herein. The results show that the method is capable ofaccurately representing the nonlinear system dynamics with relatively fewdegrees of freedom over a range of vibration amplitudes.     

应用结构传递函数计算高阶剩余模态

本文分析了高阶剩余模态的组成形式,提出了一种利用结构传递函数求解高阶剩余模态的方法.由于文中通过传递函数得到结构高阶剩余模态,因此实验模态技术能方便地引入模态综合之中,为模态综合技术更广泛地应用提供了方便.     

磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子模态分析及实验研究

采用通用有限元软件包ANSYS7．0，建立了控制力矩陀螺结构的有限元模型，对磁悬浮飞轮转子组件以及陀螺整体组合结构进行了模态分析。通过与实验结果对比，验证了模型的合理性和精确性，指出了盘轴相对弯曲模态是系统工作带宽内的主要模态，也是影响飞轮转子系统稳定性的主要原因之一，必须进行有效陷波处理。分析结果为电磁轴承控制器参数的选取以及陀螺框架的设计提供了依据；采用ANSYS参数设计语言APDL建立的有限元模型也为下一步的优化设计奠定了基础。     

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。