波纹板结构动力学建模及其自由振动特性分析

波纹板结构是高速列车中较为常见的型材结构,因其具有轻质、高强度和高稳定性等一系列优点,所以广泛应用于车体结构轻量化设计。首先,基于一阶剪切变形理论和中厚壳(圆弧壳)理论,采用微分求积有限元法(DQFEM)建立一般边界条件下五自由度波纹板结构的通用动力学分析模型;紧接着对五自由度波纹板结构动力学模型进行收敛性验证,确定最佳微分节点数和惩罚因子的取值;然后,采用有限软件(ABAQUS)验证了建立模型的准确性;最后根据已建立模型,研究波纹板结构参数对其振动特性的影响。结果表明,波纹板结构厚度和固支边界条件会增加其固有频率,提高波纹板结构的稳定性,使得共振频率向高频移动;增加波纹板结构长度、参与耦合圆弧壳半径和参与耦合圆弧壳弧度会降低其固有频率,使得共振频率向低频移动。     

一种提高薄板稳定分析精度的方法

在薄板稳定分析中，九参数三角形薄板单元因其形状简单，使用方便，在实际工程中得到了广泛应用。本文基于参数调正的几何刚度矩阵，对九参数三角形薄板单元的一致刚度矩阵进行了修正，为提高计算精度提供了一种有效方法。     

有限元病态刚度方程的解法研究

本文在文献〔１〕、〔２〕的基础上，对有限元局部节点位移构成准刚体运动这种情况进行了研究，提出了一种新的改性转换矩阵〔Ｑ〕，并给出了两种简单易行的计算〔Ｑ〕￣Ｔ〔Ａ〕〔Ｑ〕的方法。所提方法对直接法和迭代法求解有限元病态方程都是适用的，算例表明，得到了较好的计算结果。     

有限元病态刚度方程的解法研究

本文在文献１，２的基础上，对有限元了点位移构成准刚体运动这种情况进行了研究，提出了一种新的改性转换矩阵Ｑ，并给出了两种简单易行的计算Ｑ＾Ｔ Ａ Ｑ的方法。所提方法对直接法和迭代法求解有限元病态方程都是适用的，算例表明，得到了较好的计算结果。     

轴向运动二维传输结构动力学有限元建模与仿真

基于物理中面概念和经典薄板理论,应用有限元法研究了机械工程中的二维传输结构作轴向运动时的面外自由振动特性.根据实际工程结构特点及设计要点,考虑受双向预张应力作用的传输薄板结构模型,由哈密顿原理出发严格导出了结构的有限元动力学方程,得到了体现轴向传输结构特性的陀螺矩阵.该矩阵具有反对称结构,这与加权余量法所得的陀螺矩阵结构不同.采用3节点三角形单元离散求解域,且单元不受轴向运动影响,给出了单元密度对计算结果精度的影响.分析了传输结构预张应力和轴向速度与自由振动固有频率的关系;考察了不同结构的陀螺矩阵对数值结果的影响.将部分结果与ANSYS软件模拟对比,显示出良好的一致性,证明了本文方法的有效性.研究结果可为典型传输带等结构的振动控制提供参考,建模方法可为ANSYS等计算软件添加轴向运动结构新模块提供理论依据.     

基于损伤力学方法的铆接结构疲劳寿命预估

将损伤力学-有限元方法应用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮压窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,得到了结构的疲劳寿命和疲劳损伤演化过程,并对铆接试验件进行了疲劳试验,将损伤力学方法的预测结果与试验结果进行了比较。分析结果反映出结构疲劳损伤累积初期较为缓慢、后期速率急剧上升的过程,符合损伤演化规律。在180MPa载荷水平下,计算寿命与试验平均寿命的相对误差为11.3%,满足工程精度要求。从而验证了损伤力学方法应用于实际工程结构寿命预测的可行性和可靠性。     

有限元网格节点优化排序方法研究

本文采用的有限元网格节点优化排序方法是一种归纳,演绎方法,通过对在网格半带宽最小时节点排列的一些特征进行了分析,从其中归纳的出三条规律,通过大量的算例来验证一和可靠性,结果表明,对于任意划分有限单元网格,该方法通过对节点的重新排序,能够优化出最佳的半带宽值,大大减少了计算机内存有空间,提高了运算效率。     

组合结构罚有限元分析与罚因子的影响

该文讨论了不同刚度组合结构有限元罚单元罚因子的选取，提出了罚因子选取的一般原则，在实例中，提出了罚单元的估计式及罚因子的取值范围，这对一般情况的数值计算也具有一定的参考价值。     

基于高斯曲率极值点的桥梁结构损伤识别方法

目前中小桥梁日常安全巡检存在对检查人员依赖性高、缺乏可量化的科学依据等不足.针对这些问题,本文提出了一种利用高斯曲率极值点对结构进行损伤识别的方法.将桥面视为受弯弹性薄板,根据弹性薄板的弯曲理论得到了在荷载作用下结构刚度变化与桥面弯曲程度(高斯曲率)的理论关系,并由此推导了高斯曲率对结构刚度损伤的敏感程度公式.通过有限...     

结构几何非线性分析的一种修正的有限元迁移矩阵法

本文提出一种修正的有限元法与迁移矩阵法相结合的方法用于结构几何非线性静力分析。该法可克服一般的ＦＥ－ＴＭ法只适用于规则边界结构的缺点，同时可避免由于传递矩阵连续相乘而产生的误差传递。采用修正的步长增量法与修正的牛顿－拉斐逊方法相结合的算法于非线性问题的求解，编制了在ＩＢＭ－ＰＣ／ＡＴ上实现该方法的计算程序ＴＮＯＮＤＬＷ１，数值计算结果表明了本文方法及所制程序的有效性。     

Timoshenko梁理论应用于结构损伤的动力分析

应用Hamilton原理，导出了Timoshenko梁的动力学偏微分方程组。将土和结构视为一个系统，接近实际状况的简化为一个几何非线性的Timoshenko梁，并与Bernoulli—Euler的初等假设理论进行比较，讨论了长细比对粱的动力学特性的影响，在此基础上研究房屋结构损伤诊断的问题。     

结构损伤的小波分形神经网络检测

用神经网络进行结构损伤检测、分析的有效性在很大程度上取决于训练样本的好坏。小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力,小波包分析利用可以伸缩和平移的可变视窗能够聚焦到信号的任意细节,因此对有损伤的结构的非线性动力特性能进行有效的分析。利用分形几何方法不依赖于系统的数学模型的特点,将分形维数与小波分析相结合,建立了结构损伤的小波分形神经网络检测方法。研究结果表明,结构不同状态下的振动信号的各频段分形维数有明显的不同,可以将振动信号的各频段分形维数作为结构损伤检测的特征量,并用神经网络将结构的不同状态模式识别出来。     

基于频率二阶摄动的结构损伤识别方法

结构损伤的定位和定量是结构健康监测的关键技术之一。本文将矩阵摄动理论、结构振动理论和有限元理论相结合推导出结构固有频率变化的二阶摄动公式,由此公式可以反演结构的损伤位置与损伤程度。该方法仅需要在役结构的固有频率测量值就能识别出结构的损伤位置和损伤程度,而且还可以识别出结构的老化程度。通过数值仿真算例证明了该方法的有效性和实用性。该方法可用于大型结构的损伤识别和健康监测。     

结构损伤识别的非线性解析法

本文在直接解析法的基础上,进一步提出结构损伤识别的非线性解析法.它与直接解析法不同之处是:考虑了频率和振型对损伤参数的二阶偏导数项,以此构造损伤参数为未知量的超定非线性方程组.求解该方程组可以一次性得到全部损伤参数值.本方法不仅具有直接解析法的优点,而且由于构建方程组时增加了损伤参数的二次项,极大地提高了损伤识别的精度.最后,通过对一个五层框架结构进行数值模拟分析验证了该方法的可行性,同时经过比较计算结果表明:在损伤识别中,非线性解析法在精度及节省计算工作量上明显优于直接解析法.     

框架结构缺损识别的交错迭代法

对具有局部缺损刚度框架结构识别的逆分析问题进行了研究,在采用有限元最小二乘法的基础上,提出了非线性最小化过程的交错迭代方法。算例及分析表明,本文方法是一种精度高、收敛迅速、应用方便的逆分析方法。     

特征值摄动法在利用动响应结构小损伤检测中的应用

目前在使用遗传算法或神经网络方法进行结构动力学损伤检测,需要基于少量的在线测量损伤结构数据和大量的数值仿真数据来实现,其中通过有限元方法来获得仿真数据的巨大计算量是动力学结构损伤检测方法发展中所面临的一个重要问题。本文在建模方面应用近年来提出的调整单元刚度模拟损伤的先进方法,以保证在损伤前后结构自由度数目不变;在此基础上应用特征值摄动法来减少损伤检测中计算量,并通过对复合材料层合板响应信号的小波分析验证了使用一阶矩阵摄动在有效降低计算量的同时,可以获得对损伤检测而言足够准确的响应信号。     

小波分析在复合材料层合结构损伤检测中的应用

利用小波变换技术，研究了含裂纹悬臂复合材料层合结构的损伤振动检测问题。用小波分析技术分解完好板与损伤板在方波信号激励下的动力响应信号，得到一系列子信号，并从中提取出结构损伤信息一响应信号能量谱，作为损伤特征参数。     

基于改进遗传算法的桥梁结构损伤识别应用研究

提出了一种基于残余力向量和改进遗传算法的桥梁结构损伤识别方法。在无噪声的情况下,使用任意一阶模态数据,残余力向量法都能够对损伤进行准确定位。但是,振动测试数据中往往包含噪声,导致运用残余力向量法进行损伤识别完全不可行。考虑到这个问题,在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造目标函数,提出了一种用于遗传搜索优化的目标函数形式。利用改进遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究,并对遗传算法的参数选取问题进行了深入探讨。遗传算法的主要改进包括:采用浮点编码、采用基于标准化几何分布排名的选择策略、采用最优保存策略、采用算术交叉算子、采用自适应变异算子。最后,本文用一个连续梁桥模型进行了数值模拟,验证了所提出方法的有效性,并对方法应用中存在的一些问题进行了深入探讨。     

点式压电智能结构的模型修正与振动主动控制

提出了在点式压电智能结构中应用摄动有限元方法对结构的有限元模型进行修正 ,从而达到提高建模精度 ,改善实际结构振动主动控制效果的目的。通过对一悬臂梁在模型修正前后进行振动主动控制的不同的控制效果验证了该方法的有效性     

非高斯荷载作用下结构微小失效概率的估计方法

本文提出了一个估计非高斯荷载作用下结构体系微小失效概率的有效方法．该方法由两个解耦的分析过程组成：第一个过程由移位广义对数正态分布模型估计结构非高斯反应的边缘分布函数,对于移位广义对数正态分布模型的参数估计采用两水准方法;第二个过程由Copula函数估计结构非高斯反应的联合分布函数,通过该联合分布函数的尾部得到结构体系的微小失效概率．非高斯地震荷载作用下六层抗弯钢框架的微小失效概率算例分析表明,本文所提方法能精确估计结构体系的微小失效概率,其计算效率比目前普遍采用的Monte Carlo模拟方法高5~10倍．