曲率模态及其在桁架桥梁损伤识别中应用

当前桥梁的安全性问题日益引起人们的广泛关注,对桥梁结构进行状态监测和安全评估成为众多学者的研究课题。在目前所采用的各种方法中,模态分析法的应用最为广泛,通过监测桥梁的模态参数即可获得其状态信息。通常在模态分析中所采用的参数如：固有频率、振型等参数,反映的都是结构的整体特性,难以用来确定故障位置,只有利用能够表征结构局部特性信息的模态参数曲率模态的变化,才能完成桥梁状态监测工作。本文以1：10钢桁架桥梁模型为研究对象,用有限元模型及实验模型进行局部损伤的识别,实验采用锤击法及变时基(VTB)技术对桥梁模型进行了模态分析。识别表明,通过曲率模态的变化可明显识别结构的损伤部位,取得了很好的识别效果。为今后桥梁结构损伤识别提供了一种可行的研究方法。     

黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳的模态特性研究

基于薄壳理论和黏弹性理论, 得出了黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳模态特性的半解析解. 根据乐甫薄壳理论, 建立了基层和黏弹性阻尼层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程, 结合黏弹性阻尼层的变形协调关系和层间作用力关系, 利用传递矩阵法得出了整体结构的传递矩阵, 采用高精度的精细积分法得出了固有频率、模态损耗因子和三维模态振型, 最后通过有限元法进行了比较, 通过算例验证了传递矩阵法对黏弹性层合薄壁圆柱壳模态特性研究的有效性.     

使用阻尼材料结构的试验模态分析

高分子聚合物做为阻尼材料的使用，使结构的模态分析出现特殊问题，本文介绍试验模态分析中的若干问题，包括模态阶次、模态参数的拟合、模态结构阻尼系数与粘性阻尼系数之间的关系，灵敏度分析等     

石墨/玻璃纤维夹层结构混合复合材料层压板的振动分析

本文应用考虑了横向剪切变形的有限元法及阻尼单元模型对石墨/玻璃纤维夹层结构混合复合材料层压板进行振动分析,求出其固有频率、振型和阻尼值。讨论了理论计算和实验的结果。本文还讨论了改变石墨纤维在此类板中的含量对有效弯曲模量及振动模态参数(固有频率、振型及阻尼值)的影响。     

主动约束层阻尼对超声速梁结构颤振特性的影响

本文采用主动约束层阻尼技术研究超声速梁的颤振特性,利用Hamilton原理和假设模态方法建立结构的运动方程,采用活塞理论模拟超声速梁的气动压力,采用速度负反馈控制获得主动阻尼,求解本征值问题得到复特征值,进而得到结构的固有频率和损耗因子.计算结构的固有频率随无量纲气动压力的变化曲线,得到颤振点,分析了主动阻尼和被动阻尼对颤振速度的影响.计算结果表明主动阻尼可以影响梁的气动弹性特性,并增大超声速梁的颤振速度.本文研究结果对超声速飞行器结构的颤振分析和气动设计具有重要意义.     

S型测力传感器的动态特性与标定

本文对 S 型测力传感器的动态特性进行了研究。采用模态分析测量技术,测定了传感器的固有频率、模态质量、模态刚度、模态阻尼和阻尼比,并以动画形式显示了其主振型.作出激振力与传感器应变片输出信号的传递函数幅频和相频特性曲线,可简便地确定传感器工作频率范围及相应的误差。     

时变环境与损伤耦合下桥梁结构频率及阻尼比的统计分析

对时变环境与损伤耦合下我国某斜拉桥的结构频率及阻尼比进行统计分析,以提高结构损伤识别的精度.首先,利用该桥的长期监测数据,采用环境激励技术结合特征系统实现算法识别该桥梁结构的频率及阻尼比;其次,利用人工神经网络算法建立该桥梁结构的环境温度与结构频率及阻尼比的关系模型;然后,通过统计分析,建立完好状态下该桥梁结构模态参数误差因子的概率分布模型;最后,通过分析不同时段与完好结构状态下该桥梁结构模态参数误差因子的相交概率比识别结构损伤,并利用该桥的实测结果验证所提算法的有效性.     

基于正交试验设计的空间弯管阻尼配置优化

提出采用局部环绕阻尼层的方法对管路进行减振,并通过正交试验分析得出了最佳的阻尼配置方案.考虑弯曲成形过程中的厚度与截面形状变化,建立了空间弯管的有限元精确模型;针对粘弹性阻尼层力学特性随频率变化的特点,采用迭代法计算粘弹性结构的固有频率,依据模态应变能法,求解模态损耗因子.管路的模态试验验证了有限元模型及动力特性计算方法的正确性.最后利用L18(37)正交表对阻尼层的6个主要参数进行方差计算,详细分析了各因素对频率和损耗因子指标的影响,给出了频率改变较小情况下损耗因子最大的最佳阻尼配置.     

基于结构动力学的框架结构固有频率估算方法

对框架结构的一阶固有频率与单门框的一阶固有频率的关系进行了推导,找出一种通过部件模态参数估算整体系统的模态参数的方法．通过ANSYS有限元分析对该估算方法进行了验证,并在石油钻机井架底座的有限元模态分析中应用该方法对系统固有频率进行了估计,误差均不超过1％．结论表明,该方法对于框架串联结构的固有频率估算是方便且可行的．     

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.      

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.      

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.     

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.     

基于数值分析的模态阻尼系数获取方法

结构模态阻尼系数是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼系数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。本研究针对2024-O铝合金,进行了大量的元件级试件的振动疲劳仿真分析、试验研究以及数值分析计算,并提出了一种基于数值分析的快速获取结构模态阻尼系数的方法,适合于获取试验件振动疲劳试验过程中的模态阻尼系数变化趋势。研究表明:在不中断试件疲劳试验的情况下,本文方法可以快速准确地得到试验件在整个振动疲劳历程中的模态阻尼系数,固有频率的相对偏差小于0.06%,模态阻尼系数的相对偏差小于1%。为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤的形成机理奠定了基础。     

高阻尼合金胶粘层合板阻尼特性研究

考虑高阻尼合金胶粘层合板中高阻尼合金的阻尼迟滞特性和胶粘剂本构中固化时间影响的关系,进行粘贴阻尼合金板后层合板结构的非线性动力有限元建模。对不同胶粘剂固化时间的高阻尼合金层合板进行数值仿真分析,用有理分式正交多项法结合非线性优化方法对仿真数据进行处理,得到不同胶粘剂固化时间下高阻尼合金层合板的固有频率和模态阻尼比。通过与锤击法模态试验所得高阻尼合金层合板模态参数对比,验证了有限元仿真模型的合理性。通过数值仿真和试验结果分析发现:粘贴阻尼合金板后层合板结构阻尼比有大幅度提高;随着胶粘剂固化时间的增加,层合板阻尼性能增强,瞬态振动也可以得到更快地衰减。表明高阻尼合金层合板的阻尼性能与阻尼合金的应变幅值有关;阻尼合金的应变幅值越大,阻尼合金层合板模态阻尼比越大,对应结构的减振性能越佳。     

局部约束阻尼开口柱壳的减振分析及优化

为了缩减开口柱壳结构的振动,本文基于Lagrange方程以及Sanders薄壳理论建立了局部约束阻尼开口柱壳的动力学模型,分析了粘弹性单元分段数和厚度、阻尼单元占空比以及约束层敷设角和厚度对结构前三阶模态损耗因子和固有频率的影响,得到了各参数对结构振动特性的影响规律.并以前三阶损耗因子为目标,应用NSGA-Ⅱ遗传算法对...     

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。     

精密仪器设备半挂运输列车的振动模态分析

研究了具有牵引悬置装置的精密仪器设备半挂运输列车的振动问题,建立了14 自由度的动力学模型并进行振动模态分析, 在此基础上,计算了某典型半挂运输列车在有阻尼和无阻尼情况下的固有频率和振型.     

弹性支撑圆柱绕流稳定性分析

基于CFD 技术,采用系统辨识方法,建立了亚临界雷诺数(Re < 47) 下绕圆柱流动的非定常气动力模型(reduced order model, ROM). 耦合结构运动方程和降阶气动力模型,建立了弹性支撑圆柱绕流的稳定性分析模型. 算例分析了亚临界雷诺数下,结构固有频率、质量比等参数以及支撑方式对弹性系统稳定性的影响. 对于单自由度横向支撑圆柱,当结构固有频率趋近流动最不稳定模态频率时,弹性系统会在一定频率范围内失稳,这种现象最低可在Re~20 时出现. 旋转自由度的释放能够进一步降低系统的稳定性,可将临界雷诺数进一步降低至18 左右. ROM 方法不仅具有很高的效率,而且清晰地指出了弹性系统失稳的根本原因:流动模态和结构模态耦合作用导致结构模态失稳所致. 因此,失稳状态下系统振荡频率锁定于结构固有频率. 基于ROM 技术预测的失稳边界与直接CFD/CSD 仿真结果吻合,证明了该方法的正确性和精度.      

多自由度系统自然激励技术的统一模型

结构运行状态下的模态参数提取是结构健康监测系统需要解决的关键问题之一.自然激励技术的提出为大型复杂工程结构运行状态下的模态参数提取提供了一条新的途径.原始自然激励技术给出了单输入白噪声激励下利用结构位移响应的互相关函数进行模态识别的理论模型,对于多输入情况则缺乏相应的理论模型.本文在单输入理论模型的基础上进一步发展了自然激励技术:推导了多输入独立白噪声激励下多自由度系统结构位移响应的互相关函数的解析公式,并分析了它与单输入情况下互相关函数之间的关系;基于此互相关函数定义了一个新函数,证明它含有结构各阶模态信息,可以表达为一系列衰减正弦函数之和,并且各个组分正弦函数的频率等于各阶模态的有阻尼固有圆频率;提出了以新函数为核心的同时适用于单输入和多输入情况的模态识别算法,建立了自然激励技术的统一模型.