密集模态挠性结构模型多变量频域辨识和控制

密集模态挠性结构的模态不仅阻尼小而且耦合程度高,给模型辨识带来了很大困难.频域辨识是获取空间挠性结构模型的一个有效方法,但是目前频域辨识要么模型结构定义有缺陷,要么是集中在单变量情形,不适合作大型空间挠性结构多变量模型的辨识.本文提出了多变量极大似然频域辨识,给出了其模型结构定义、算法推导及实现,并将其应用于H型密集模态挠性板的模型辨识,根据辨识结果,设计主动控制律,实现了对密集模态挠性板振动的有效抑制,表明了辨识算法及主动控制的可行性.     

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。     

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。     

结构模态参数的子空间辨识方法

子空间状态空间系统辨识(4SID)方法是近年来出现的一种用于辨识线性振动系统动态特性的时域技术.它直接由输入/输出数据矩阵序列,通过基本的代数运算求取系统模型.本文概要地介绍了子空间系统辨识方法及其运算步骤,并应用该方法对一已知模态参数的桁架结构进行了仿真计算,得到了准确的辨识结果.     

CRAS与SAP5P的联接

本文介绍随机信号及振动分析系统CRAS与结构有限元计算程序SAP5P的连接方法.试验数据与计算数据在微机内的拼接,实现了模态试验结果与计算模型的相互校核与修正,给结构的动力分析提供了可靠的依据,是复杂、高技术产品的CAD/CAT一体化的一个重要手段.     

钢筋混凝土梁振动特性参数与损伤状况关系的数值仿真研究

基于分离式有限元理论,分别建立了存在钢筋混凝土局部松脱等多种形式损伤的钢筋混凝土梁横向弯曲振动力学模型,利用此模型能够计算各种损伤梁的固有频率等振动特性参数。对这些振动特性参数与各种损伤的状况之间的关系进行了数值仿真研究。提出固有频率可以作为钢筋混凝土梁损伤定性辨识的指标;针对不同的损伤形式,位移模态振型、曲率模态振型和剩余模态力向量是对局部损伤位置敏感的振动特性参数,可以利用敏感参数的绝对残差向量进行局部损伤的定位辨识;敏感参数绝对残差向量的范数与损伤程度具有良好的单调性关系,可以作为局部损伤定量辨识的指标。     

飞机典型金属材料振动疲劳历程中模态阻尼比获取方法研究

结构模态阻尼比是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼比对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用,对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本文选取典型航空金属材料2024-O铝合金,进行了大量的元件级振动疲劳试验及仿真分析计算,并提出了一种基于有限元分析计算的振动疲劳历程中结构模态阻尼比的获取方法,适合于元件级结构振动疲劳过程中模态阻尼比变化规律的获取。研究结果表明:本文方法可以在不中断振动疲劳试验的情况下,得到较精确的振动疲劳历程中的模态阻尼比,从而为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理提供了良好的基础。     

复合柔性结构全局模态函数提取与状态空间模型构建

随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动力学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系统非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、刚体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具有重要意义.      

复合柔性结构全局模态函数提取与状态空间模型构建

随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动力学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系统非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、刚体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具有重要意义.     

压电复合材料层合板自适应结构的振动控制

本文针对板壳型自适应结构,研究了压电材料作为作动器的自适应结构的振动控制。利用四节点压电复合材料层合板单元进行自适应结构的有限元动力分析;采用模态控制方法,将结构的各阶模态的阻尼比作为控制目标,并以此计算出各压电片的控制电压,达到控制结构振动的目的。算例给出了数值计算的结果。     

以随机响应为目标的方舱结构动力修改

针对振动系统在随机激励下的响应进行结构动力修改是具有实用价值的工程问题。本文以系统在道路随机激励下的加速度响应为目标，借助于系统模态及响应的灵敏度分析和矩阵摄动法，对大型机动电子方舱系统进行了快速结构动力修改。     

挠性航天器太阳翼全局模态动力学建模与实验研究

现代柔性航天器通常安装有大型太阳翼为其在轨运行提供所需动力. 航天器入轨后太阳翼展开并锁定成为铰链连接多板结构, 此类结构质量轻、跨度大、刚度低的特点使其低频振动和非线性振动问题越来越凸显. 分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统精确的非线性动力学模型. 为此, 本文提出铰链连接多板结构解析全局模态的提取方法, 获取太阳翼的固有频率和解析函数表征的全局模态. 提出可变刚度的扭转弹簧等效模型, 考虑铰链非线性刚度及摩擦力矩等因素, 通过全局模态离散得到系统的低维高精度非线性动力学模型, 研究了太阳翼在周期激励作用下的非线性特性. 开展太阳翼地面振动实验研究, 采用锤击法获取系统模态, 利用振动台施加正弦扫频激励, 将物理实验结果与理论结果进行对比, 从而验证全局模态动力学建模方法的合理性与准确性. 结果表明, 铰链刚度等结构参数对系统固有特性的影响较大, 铰链的存在会使太阳翼的动态响应出现跳跃等非线性现象. 全局模态动力学建模方法能很好地解决多板结构在非经典边界下解析全局模态求解的困难, 系统全局模态反映的是系统各个部件弹性振动的真实模态, 所建立的动力学模型具有低维高精度的特点, 对于复杂组合结构非线性动力学建模具有重要的参考价值.      

单向偏心粘弹性梁弯扭耦合振动复模态分析

对单向偏心等截面粘弹性梁,考虑偏心引起的弯扭耦合作用.将运动方程写成状态方程形式,利用复模态正交性将其解耦成为若干个广义复振子的求解和叠加问题;使用跟踪结构边界条件矩阵行列式零点的方法求得复频率和复模态,进而可以求得粘弹性偏心梁在任意初始条件和外部激励下的动力响应.通过算例,从结构复频率、复模态幅值和幅角、在不同频率简谐集中力作用下结构动力响应等方面综合分析了粘弹性阻尼和弯扭耦合的影响.计算结果表明,在粘弹性阻尼作用下,衰减系数随振型阶数而增大,振动频率随之不断减小;单纯弯曲和扭转振动的固有频率分布影响各阶复模态中弯扭耦合作用的强弱.通过与有限元法计算结果比较,验证了本文方法的合理性.     

基于改进遗传算法主动柔性结构压电元件位置优化

基于改进的遗传算法提出了一种解决多压电片布置在柔性结构上以实现振动主动控制的有效方法.本文采用D优化设计准则,即把Fisher信息矩阵行列式最大值作为目标函数的一种优化方法.通过对结构模态振型和动力特性的研究,使用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后通过结构模态振型可确定压电片最优位置.为了达到更好的振动控制效果,压电片布置在结构模态应变最大位置处.当在结构不同位置上布置压电片时,结构各阶模态振型也将随之发生不同程度的变化.本文建立了ANSYS软件和遗传算法的接口来实现对结构的模态重分析,从而提取各阶模态振型.     

随机激励下受热翼面的模态频率特性试验研究

现代高速飞行器结构热模态频率特性试验研究,对这类飞行器设计校核和飞行安全具有重要意义。根据飞行过程中遭受的气动加热特性设计了瞬态热环境模拟系统,同时,根据高温环境的特点对测试中的激励和测量方式进行了重新设计,成功地将普通激振器应用于高温结构模态试验,最终将热环境模拟系统与振动测试系统组合,形成一套考虑瞬态热影响的热模态试验系统,实现了瞬态热环境下结构模态的地面测试。对一个切尖三角翼测量了各个加热区的温度随加热时间的变化,验证了加热温度控制的精确性;在纯随机激励下对测得的激励和振动响应信号采用短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transformation,STFT)进行时变模态参数辨识,获得了前四阶模态频率随加热时间的变化,并与结构有限元数值计算结果进行了比较,试验与计算结果吻合得很好,验证了该试验方法对热模态测试问题的有效性和准确性。通过分别对瞬态和稳态热环境下结构模态频率试验和计算结果的分析,探讨了结构瞬态温度场对模态频率影响的机理,揭示了结构内部存在的热应力和材料属性的变化,是决定模态频率随加热时间变化趋势的内在原因。     

考虑人体耦合作用的结构竖向隔振研究

结构在环境振动或地震作用下的竖向振动不容忽略,有必要采取竖向隔振装置进行减振控制。考虑人体与结构耦合作用后不仅使隔振动力模型更加真实,还可以直接获得人体的动力响应。采用碟形弹簧支座对结构进行基础竖向隔振,并根据国际标准ISO5982规定的不同姿势下的人体动力模型,建立了考虑具有非经典阻尼的人与隔振结构耦合运动方程,利用复模态分析实现了方程的解耦,通过算例分析了竖向隔振以及人体作用对结构响应的影响。结果表明:对于一般的质量和刚度分布均匀的结构,人体对结构具有微弱的减振作用。碟形弹簧支座可以显著地降低结构的竖向振动并改善居住舒适度。     

波形钢腹板PC组合箱梁的动力特性研究

通过对30m波形钢腹板PC组合箱梁的模态特性进行有限元分析和试验研究,了解这种钢-混组合结构的固有振动特性,为波形钢腹板PC组合箱梁的动力响应分析与抗震设计提供依据.研究表明,波形钢腹板PC组合箱梁的动力特性与一般的混凝土梁相比存在很大的差异,波形钢腹板PC组合箱梁结构的横向刚度和扭转刚度都比较小,在设计中必需予以重视.波形钢腹板PC组合箱梁的固有振动频率公式计算的基频结果与模态试验结果十分吻合,可用来计算波形钢腹板PC组合箱梁的基频.     

两端固支复合材料浅拱的动力屈曲分析

本文研究两端固支层合复合材料浅拱在阶跃载荷作用下的动力稳定性问题。通过对浅拱动力响应的数值计算结果,然后利用B-R动力屈曲准则,着重分析了集中阶跃载荷作用下几种铺层顺序及铺层数对浅拱动力临界载荷的影响,并给出了能够产生‘跳跃失稳’的最小的结构参数γ0。此外,在利用伽辽金法求解浅拱动力学控制方程时,通过取梁的自由振动模态和柱的静力屈曲模态作为浅拱的动力屈曲模态,分别进行计算并比较了二者的结果,进而讨论了二级数解的收敛性。     

桨-轴-艇纵向耦合振动机理研究

桨-轴-艇结构耦合振动是影响潜艇振动和水下声辐射的重要因素。本文建立了桨-轴子系统和桨-轴-艇耦合结构的数学模型,从动力学分析角度推导了耦合结构振动与子结构各振动物理量之间的关系;通过有限元法对理论分析结果进行了验证,并研究了桨-轴-艇耦合结构水下声辐射频谱与子结构典型模态的关系。有限元数值计算结果与理论分析均表明,桨-轴-艇结构耦合振动导致原耦合结构的模态频率发生偏移,从数学的角度揭示了桨-轴-艇产生纵向耦合振动的根本原因,并给出了耦合结构水下声辐射与子结构典型模态之间的对应关系。     

连续体结构动力拓扑优化中局部模态处理的新方法

采用固体各向同性材料惩罚模型（solid isotropic material with penalization, SIMP） 进行动力拓朴优化通常在优化过程中会出现虚假的局部振动模态,为消除这种虚假模态产生的不利影响,提出了移频与虚假模态识别相结合的通用方法. 研究中考虑以材料体积为约束、结构基频最大化为目标的优化模型,并采用节点设计变量描述设计域内材料分布. 基于虚假模态的特性,首先在特征值分析中应用移频方法排除特征值接近于零的低阶虚假模态,然后再依据虚假模态识别准则判定并剔除其他可能存在的虚假模态,从而可以高效可靠地确定结构真实的固有振动模态. 数值算例表明,提出的方法可以有效地消除动力拓扑优化中虚假模态可能产生的不利影响,并保证优化解的可靠性.