基于实验模态的某结构动力学模型修正

目前，动力学建模主要有3种方法：理论建模、实验建模、理论与实验综合建模。理论建模的主要方法是有限单元法，它所建立的有限元模型往往不能完全真实反映结构实际情况，计算结果与实验结果可能不一致。实验建模主要是基于实验模态分析方法。它可以识别结构动力学模型，能够用来修正有限元模型，使其模态参数与实验结果一致或基本一致。第3种方法也被广泛采用，通过大型有限元分析软件建立结构的有限元模型，计算理论模态参数，再结合实验识别出的模态参数对有限元模型进行动力学修正。     

碳纤维增强复合材料反射镜的刚度分析

用有限元法对层合板结构和蜂窝夹层结构的两种复合材料反射镜的刚度进行分析计算,分析是以Ex1522环氧树脂为基体,M60J碳为增强材料的平面反射镜为例进行的,分析包括不同铺层取向、顺序的层合板反射镜自重下的镜面变形;对蜂窝夹层结构反射镜,分别比较了以芳纶纸、玻璃布、耐久铝三种夹层材料的反射镜刚度,对比了碳纤维复合材料、铍金属、微晶玻璃为面板材料的反射镜刚度,讨论了不同蜂窝单元结构形状对反射镜刚度的影响.分析表明,对于以Ex1522环氧树脂为基体,M60J碳为增强材料的平面复合材料反射镜,要使其具有相对稳定的面形,应采用单元形状为正三角形铝蜂窝,前后面板各为12层;90/45/0/－45］3层合板的夹层结构.     

一种基于模态匹配的浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距方法

针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在模态匹配和匹配场处理定位方法的基础上,提出了一种适用于具有液态半无限空间海底的浅海波导中声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以对脉冲声源接收信号的各阶简正波实现有效分离,由此得到各阶简正波的频域信号.海底相移参数是描述海底地声参数的一个重要参量,包含了海底地声参数信息,而各阶简正波的水平波数可以通过含有海底相移参数的表达式来表达.此外,由于声速剖面对简正波的各阶水平波数具有相近的影响,因此通过对任意两阶简正波进行联合处理,可以近似消除声速剖面对简正波水平波数差的影响.任意两阶简正波的水平波数差只近似用于海底相移参数、海深以及波导中平均声速三个参数有关,可以简单、快速地计算相应拷贝场,然后通过建立代价函数并对简正波模态进行匹配,可以实现对水下脉冲声源的被动测距.与传统的模态匹配定位方法相比,本文提出的方法既不需要使用水听器阵,又可以简单、快速地计算出拷贝场.数值仿真和海上实验数据处理结果的测距误差都在10%以内,证明了该方法的有效性.     

光机靶室钢混结构基于动刚度等效的简化建模

钢混结构分离式有限元建模方法由于考虑了钢筋的实际分布,其计算精度较高,但建模过程复杂繁琐。开展了基于动刚度等效的钢混结构简化建模研究,该方法将钢筋和混凝土考虑为一种等效材料。研究中首先以典型钢混组合结构为例,以等效模型与分离式模型的模态特性等效为目标,建立了分部件的动刚度等效模型,然后将各部件等效模型组合成整体结构等效模型,数值仿真结果显示在相同载荷作用下,整体参考模型与整体等效模型的响应分布非常接近,而等效模型的规模远小于参考模型,说明了该等效建模方式的有效性。进一步将该等效建模方法应用于神光Ⅲ主机靶室钢混结构的动力学分析中,并计算了该巨型光机结构等效模型在实测基础加速度激励下的随机振动响应,靶球上各方向的响应实测结果与计算结果较为吻合。所采用的动刚度等效建模方法可应用在巨型光机结构动力学稳定性的进一步研究中。     

光机靶室钢混结构基于动刚度等效的简化建模

钢混结构分离式有限元建模方法由于考虑了钢筋的实际分布,其计算精度较高,但建模过程复杂繁琐。开展了基于动刚度等效的钢混结构简化建模研究,该方法将钢筋和混凝土考虑为一种等效材料。研究中首先以典型钢混组合结构为例,以等效模型与分离式模型的模态特性等效为目标,建立了分部件的动刚度等效模型,然后将各部件等效模型组合成整体结构等效模型,数值仿真结果显示在相同载荷作用下,整体参考模型与整体等效模型的响应分布非常接近,而等效模型的规模远小于参考模型,说明了该等效建模方式的有效性。进一步将该等效建模方法应用于神光Ⅲ主机靶室钢混结构的动力学分析中,并计算了该巨型光机结构等效模型在实测基础加速度激励下的随机振动响应,靶球上各方向的响应实测结果与计算结果较为吻合。所采用的动刚度等效建模方法可应用在巨型光机结构动力学稳定性的进一步研究中。     

ITER重力支撑系统的有限元模态分析

用ANSYS有限元软件建立了ITER重力支撑系统（20度最小旋转周期）3维有限元分析模型，采用分块（Block Lanczos）法对ITER重力支撑系统进行有限元模态分析。计算分析，ITER重力支撑系统的前10阶固有频率和振型。模态分析结果表明ITER再力支撑结构的韧性板刚度对模态影响较大。     

直通穿孔管消声器声学特性预测的数值模态匹配法

将数值模态匹配法应用于计算横截面为任意形状的直通穿孔管抗性消声器的声学特性。应用二维有限元法计算横截面的本征值和本征向量,应用模态匹配技术求解模态幅值系数,进而得到所需的声学量。对于圆形和椭圆形直通穿孔管消声器的传递损失,数值模态匹配法计算结果与三维有限元计算结果和相应的实验测量结果吻合良好,表明数值模态匹配法能够精确计算直通穿孔管消声器的声学特性。计算结果表明,穿孔管的偏移影响消声器在中高频段的消声特性,同轴结构消声器的消声性能好于非同轴结构。      

扫描镜动态面形变化和模态分析

为了分析某热像仪帧扫描镜在工作状态下的面形变化和产生2000Hz共振的原因，并提供改进设计依据,根据帧扫描镜运动曲线计算了帧扫描镜的扫描角速度和角加速度，用有限元分析软件I DEAS计算了扫描镜在扫描、加速、减速过程中面型的变化和前10阶固有模态，分析了扫描镜在试验中产生2000Hz共振的原因，并对扫描镜结构进行了改进，重新计算了面型变化和前10阶模态，试验证明消除了共振现象。最后提出了扫描镜设计时应注意动态下的面型变化是否满足要求，以及固有模态要避开驱动力矩中的干扰频率等要点。     

基于匹配网络若干问题的推论

深入分析了匹配网络中存在的基本问题，并归纳出６个推论。     

ITER聚变装置重力支撑有限元模态分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了ITER装置重力支撑结构环向20°的三维有限元模型,采用子空间法对ITER重力支撑结构系统进行了有限元模态分析,求出了重力支撑系统的前10阶固有频率和振型,并对振型特点进行了分析。     

微型石英音叉陀螺模态特性的有限元分析

MEMS石英音叉陀螺是近年来发展起来的新型惯性器件。在石英音叉的早期设计阶段,为了提供可靠的设计方案,并缩短设计周期,应该对其进行分析模拟。音叉的结构参数至关重要,不仅会影响陀螺的敏感性,还会影响其检测精度和稳定性。本文以U形音叉为例,利用大型有限元分析软件ANSYS建立了微型石英音叉的实体模型,对其模态特性进行了分析和计算,分析了音叉几何尺寸对其谐振频率的影响,并提供了一组可供实际制作的音叉结构参数,大大缩短了设计周期。     

基于ANSYS的二维谐性磁场分析

非平衡磁控溅射镀膜机中的磁场分布对镀膜有着重要的影响。介绍一种利用有限元法求解非平衡磁控溅射镀膜机中带电线圈所产生的磁场的方法。根据电磁场理论，推导出求解带电线圈所产生的磁场的计算模型，利用基于有限元法的ANSYS软件对非平衡磁控溅射镀膜机中线圈所产生的磁场分布进行了数值模拟。通过与实测值进行比较，验证了计算模型和计算结果的可靠性。总结了非平衡磁控溅射镀膜机中的磁场分布情况，为优化镀制薄膜设计方案和提高薄膜质量提供了参考依据。     

平行光管主反射镜组件的非线性有限元分析

为了提高对光学仪器中光机结构分析的精度,引入了非线性分析方法,用非线性有限元法研究了某平行光管主镜组件存在的非线性问题。介绍了产生结构非线性的主要来源,并在接触理论的基础上对主反射镜组件进行了合理的有限元建模。采用接触非线性分析方法对螺钉预紧时反射镜的响应及在自重和温度载荷作用下反射镜的变形进行了分析。将线性和非线性分析结果与实际结果进行了对比,结果表明,采用接触非线性分析方法对反射镜组件进行工程分析减小了分析误差。因此,在工程分析中,对某些接触部位采用非线性分析方法可以提高分析精度,得到的结果更加符合实际。     

Complex FEM modal solver of optical waveguides with PML boundary conditions

A full-wave modal analysis of two-dimensional, lossy and anisotropic optical waveguides using the finite element method (FEM) is presented. In order to describe the behavior of radiating fields, anisotropic perfectly matched layer boundary conditions are applied for the first time in modal solvers. The approach has been implemented using high order edge elements. The resulting sparse eigenvalue algebraic problem is solved through the Arnoldi method. Application to an antiresonant reflecting optical waveguide is reported.     

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆（ITER）的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

人体肱二头肌静态等长收缩振动模态研究*

本文研究肱二头肌静态收缩振动规律。利用多物理场有限元仿真软件COMSOL建立肱二头肌仿真模型,计算肱二头肌在静态时的本征频率及其模态,同时检测静态负荷弯举的肱二头肌肌声信号。模拟结果显示肱二头肌静态等长收缩振动模态主要有5种,且随振动频率的升高,振动模态趋于复杂。实验测量反映了肱二头肌静态收缩肌声振动能量集中在超低频区。仿真模拟结果与实验统计数据进行对比分析,发现肱二头肌在超低频区域振动的模态在y轴方向受力伸缩的同时,出现x轴和z轴方向的振动。振动主峰频率平均在12 Hz。     

平行光管主反射镜组件的非线性有限元分析

为了提高对光学仪器中光机结构分析的精度,引入了非线性分析方法,用非线性有限元法研究了某平行光管主镜组件存在的非线性问题。介绍了产生结构非线性的主要来源,并在接触理论的基础上对主反射镜组件进行了合理的有限元建模。采用接触非线性分析方法对螺钉预紧时反射镜的响应及在自重和温度载荷作用下反射镜的变形进行了分析。将线性和非线性分析结果与实际结果进行了对比,结果表明,采用接触非线性分析方法对反射镜组件进行工程分析减小了分析误差。因此,在工程分析中,对某些接触部位采用非线性分析方法可以提高分析精度,得到的结果更加符合实际。     

Finite element modal solutions of planar photonic crystal fibers with rectangular air-holes

Modal solutions of planar photonic crystal waveguides with rectangular air-holes are presented by using a rigorous full-vectorial finite element-based approach. The effective indices, mode field profiles, spot-sizes, power confinements, modal hybridness, beat lengths and group velocity dispersions are shown for the fundamental and higher order modes of the quasi-TE and TM polarizations.