模态理论的进展

传统模态理论的基本思想,近年来得到进一步发展和完善,并被引伸到非线性结构振动分析、应力应变振动分析等领域中,发展迅速．本文在总结近年来国内外文献的基础上,根据笔者自己的研究,较系统地介绍了线性位移实模态、复模态分析,广义模态分析,非线性结构系统模态分析,应力应变场模态分析等方面的研究情况．      

流向振荡圆柱绕流的格子Boltzmann方法模拟

用一种新近发展起来的格子Boltzmann方法(LBM)在相对较小的雷诺数(Re \le 200)条件下模拟了不可压缩的流向振荡圆柱绕流问题, 考查了涡脱落模态和升阻力特性. 通过模拟, 在近尾流区发现了实验研究中已经发现的对称/反对称的涡脱落模态, 包括有些传统数值方法未发现的模态. 研究了频率锁定区域的范围及其与振幅的关系, 发现振幅越大, 发生锁定的频率区域越宽. 此外还对升阻力进行了定量意义的模拟,研究了振荡频率和振幅与升阻力的关系.      

高超声速边界层中模态转化的数值研究

在高超声速边界层中,第一模态和第二模态是与转捩有关的两个主要不稳定模态.除了不稳定模态,还存在一类稳定模态,其相速度在前缘接近快声波的相速度称为快模态.在感受性过程中,这类模态对激发边界层中不稳定模态起着很重要的作用.前缘感受性理论解释了边界层外扰动激发边界层中第一模态波的机理.针对高超声速平板边界层,利用相似性解剖面作为基本流,采用线性稳定性理论和直接数值模拟的方法研究了快模态和慢模态的稳定性行为.研究发现模态转化的位置与马赫数有关.根据线性稳定性理论的结果定义了临界频率.当扰动频率高于临界频率,第一模态与第二模态同支;而当扰动频率低于临界频率,第一模态与第二模态的共轭模态同支.借助稳定性方程的伴随方程分析了直接数值模拟的结果.直接数值模拟结果表明不论上游是快模态还是慢模态,当它们经过第二模态的不稳定区,它们都会演化成第二模态. 这可用模态在非平行流中传播的特征来解释.      

一种用于非线性振动系统的模态分析方法

本文提出了一种用于非线性振动系统的模态分析方法,将求解非线性系统模态的问题化为求解非线性特征值、特征向量的问题,利用模态研究系统的响应,文中分析了非线性保守系统、非线性自治系统和非线性非自治系统的线性模态,导出了三个模态包含原理。     

振型一阶导数的高精度截尾模态展开法

模态展开法是计算振型一阶导数的常用方法,然而,当高阶模态被截断时,它不能给出精确解,甚至会产生很大的截断误差。本文研究被截断的高阶模态对振型导数贡献的定量计算问题,证明了被截断模态的贡献可以用已知的低阶模态和系统矩阵来显式表达,给出了计算方法,并用数值例子说明了本文方法的有效性和正确性。     

考虑翘曲效应的圆柱螺旋弹簧的振动分析

以空间曲梁理论为基础对簧丝截面为矩形的圆柱螺旋弹簧的自由振动特性进行了研究. 在弹簧的运动微分方程中, 所有的位移函数和广义翘曲坐标均定义在横截面的形心主轴上, 同时考虑了翘曲变形对弹簧固有频率的影响. 通过精确地应用符号运算软件MATHEMATICA可以得到振动模态的显式表达式, 固有频率则可用搜索的方法来确定. 在较宽的范围内, 给出了各种参数变化, 如簧丝截面的宽高比(a/ b = 0.6 ~ 1.7)、螺旋角(\bar {\alpha } = 5^\circ ~ 12.5^ \circ)、弹簧工作圈数(n = 6 ~ 12)和圆柱螺旋线半径(R = 4~ 10mm)对固有频率的影响. 为了证明解析法的有效性, 对两端固支和一端固支、一端自由矩形截面圆柱螺旋弹簧的固有频率和振动模态进行了求解, 并同ANSYS三维实体单元(Solid45)的结果和文献的结果进行了比较. 计算表明: 用解析方法得到的解和用数值方法得到的结果吻合得很好.      

多自由度内共振系统非线性模态的分岔特性

利用多尺度法构造了一个立方非线性1:3内共振系统的内共振非线性模态(NonlinearNormal Modes associated with internal resonance)．研究表明,内共振非线性系统除存在单模态运动外还存在耦合模态运动．耦合内共振模态具有分岔特性．利用奇异性理论对模态分岔方程进行分析发现此类系统的模态存在叉形点分岔和滞后点分岔这两种典型的分岔模式．     

有阻尼振动系统的自由界面子结构综合法

研究了阻尼振动系统的自由界面子结构综合法.为了在最终给出的系统综合方程中考虑剩余柔度矩阵的影响,本文利用质量矩阵、阻尼矩阵和结构保留模态矩阵构造了一种与保留模态矩阵加权正交的矩阵.在计算自由-自由结构的剩余柔度矩阵时,通过这种加权正交矩阵能够避免直接对子结构刚度矩阵的求逆运算.在此基础上提出了一种新的有阻尼振动系统的自由界面子结构综合法.算例分析表明,本文的方法具有很高的计算精度.     

复振型导数计算的移位多次模态加速法

本文研究了含粘性阻尼结构的复振型导数计算问题，将导数计算问题看成是一个简谐激振的响应计算问题，采用多次模态加速法和移位法，导出了复振型导数计算的移位多次模态加速法。该方法具有明确的数学和物理意义，可导出已有的各种计算方法。算例表明本方法计算复振型导数只需用很少几个模态即可保证精度，计算量大大减少。     

轴向冲击下直杆动态弹塑性屈曲模态的研究

1.引言杆的动态屈曲研究开始于三十年代1966年,J. N. Goodier等人研究了飞杆对固定靶的撞击问题。由放大函数的概念求出屈曲模态。1987年H. E. Lindberg概括了国外这方面的研究工作。近年来国内也有一些工作,文[4]计及轴向应力波的影响,给出一个屈曲判据。     

用模态试验结果修改力学模型初探

利用试验模态分析结果,对有限元力学模型本身或其中某些参数进行修改是必要的和有工程意义的。这一“修改”既是数学上的优化问题又是工程设计问题。本文介绍自研制的“结构动力修改程序”,述及一般原理及框图,并给出一个悬臂梁实例。     

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.     

子结构物理参数的一种识别方法

本文基于复模态综合和优化技术,提出一种子结构物理参数识别方程。该方法利用复模态综合在广义坐标下建立物理参数识别方程,然后将物理参数识别化为优化问题求解。给出了一台钻床的子结构物理参数识别实例来说明方法的有效性.     

在模态分析中如何分析,消除结构参数变化带来的影响

本文提供了在实验模态分析中消除附加质量、刚度和阻尼对复模态参数影响的方法。此外,作者将上述方法予以发展,使它适用于阻尼结构修改后的振动再分析,文中附有数字例题,其结果表明了方法的有效性。     

On the strategy for processing modal shapes with the clustered natural frequencies

In this paper, it is pointed out that when several natural frequencies of a structure are clustered in a narrow band the individual modal shapes are very hard to measure or calculate with acceptable accuracy, whereas the invariant subspace spanned by them can be easily determined. It is recommanded that the sine of the included angle of two subspaces of equal dimensions may be used as an index for measuring the difference of the subspaces. A simple method is proposed for calculating the cosine of the included angle.The project was supported by National Natural Science Foundation of China.     

改进的直接部件模态综合法

Yee和Tsuei提出的直接部件模态综合法将自由界面模态综合法与频响函数相结合 ,简化了计算过程、减少了计算量 ,并便于与实验模态分析相结合。本文在其基础上利用矩阵级数展开的方法将被截断高阶模态的贡献用保留模态和系统物理特性矩阵精确表达 ,结合分块计算方法 ,进一步减少了计算量并有效地提高了计算精度 ,且确定了模态截断准则。数值算例表明其行之有效     

Modal part analysis of slosh of the liquid in a cylindrical container in the case of small bond number

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｖｉｓｃｉｄ,ｉｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌａｎｄｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｆｌｕｉｄｉｎａｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｃｏｎｔａｉｎｅｒｗｉｔｈｒａｄｉｕｓａｉｓｇｏｖｅｒｎｅｄｂｙＦｉｇ．１Ｓｌｏｓｈｏｆａｌｉｑｕｉｄｉｎａｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｃｏｎｔａｉｎｅｒ２＝０　　（ｉｎＶ）,（１）ｒ＝０　　（ｏｎｒ＝ａ）,（２）ｚ＝０　　（ｏｎｚ＝－ｈ）,（３）ηｔ＋·η＝ｚ　　（ｏｎｚ＝η）,（４）ｔ＋１２｜…     

基于动力特性的结构损伤定位方法

本文推导出关于结构应变的一阶交分关系,从中揭示出结构损伤定位的合理方案．     

基于内积的模态相关分析

以Ｈｉｌｂｅｒｔ空间为基础，建立了试验模态与计算模态相关性的度量，给出一种判断有限元计算与试验模态分析结果的可靠性的方法。并且以薄壁圆桶为对象进行了实际分析验证。     

从自由试验提取约束结构模态

已有的“从自由试验提取约束结构模态”的动柔度法，仅适用于刚性支承情况．在工程中，弹性支承状态是常见的，为此，建立了这一情况下的提取方法．该方法具有普遍性，因为当支承刚度很大时，可得到刚性支承下的结果；当支承刚度很小时，便可获得工程中用橡皮绳悬吊结构后所测得的自由-自由试验模态．总之，当支承刚度为任何值时，用此方法都能提取到相应约束结构的满意试验模态参数．表明该算法是非常稳定的，对于工程应用至关重要．