黏弹性结构振动阻尼等效化方法的讨论

基于能量等效的原则将黏弹性结构振动阻尼等效简化成黏性阻尼模型来处理是工程上常用的方法.本文首先介绍了能量等效法,并提出了一种基于系统特征值相等原则的等效方法;详细讨论并比较了这两种黏性阻尼等效方法所得到的等效系统,指出基于能量、特征值等效的原则实质上分别等价于系统的频率响应函数、频率响应函数幅值的等效性.     

基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法

黏性阻尼模型存在每周期耗散能量与外激励频率相关的缺陷, 复阻尼模型时域计算结果存在发散现象. 为克服上述两种阻尼模型的不足, 在复阻尼模型基础上, 依据时频域转化原则推导了频率相关黏性阻尼模型. 频率相关黏性阻尼模型不仅具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点, 还保证了结构位移时程的稳定收敛. 混合结构由具有不同阻尼特性的材料组成, 其阻尼矩阵为非比例矩阵, 无法直接采用实模态叠加法. 根据频率相关黏性阻尼模型与复阻尼模型的转换关系, 提出了适用于混合结构的基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法. 算例分析结果表明, 与基于黏性阻尼模型的复模态叠加法相比, 基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法不仅计算结果唯一, 且不增加矩阵维度, 具有较高的计算效率. 小阻尼情况下, 两种方法的计算结果近似相等, 且与复阻尼模型的频域计算结果一致. 当阻尼比较大时, 两种方法的计算结果差异增大, 但频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法与复阻尼模型的频域计算结果仍保持一致.      

直升机桨叶液压减摆器等效阻尼计算研究

直升机桨叶液压减摆器具有强非线性、大阻尼的特点。为了正确评估减摆器的等效阻尼，就旋转桨叶在水平面内的自由摆振运动，采用基于富里叶分析的移动矩形窗、基于希尔贝特（Hilbert）变换和能量平衡的方法对减摆器的等效阻尼进行了计算研究，并就阻尼强弱、衰减对数曲线的拟合等因素对计算结果的影响进行了分析。结果表明，对于线性阻尼和非线性弱阻尼振动系统，包络衰减法和能量平衡法计算等效阻尼能获得较一致的结果，对于非线性阻尼振动系统来说结果有分散性，应用时须谨慎。     

非比例阻尼体系等效Rayleigh阻尼模型时域计算方法

Rayleigh阻尼模型具有数学简易性的优点，应用广泛，其阻尼矩阵构造依赖于结构模态阻尼比。结构阻尼(复阻尼)模型的阻尼矩阵直接由材料损耗因子和刚度矩阵决定，在非比例阻尼体系中具有阻尼矩阵便于构造的优点，但存在时域计算结果发散、初值条件不易确定和频响函数非因果等缺陷。本研究结合两种阻尼模型的优点，分别依据阻尼衰减和阻尼耗能，提出了与结构阻尼模型等效的Rayleigh阻尼模型。算例分析结果表明：等效Rayleigh阻尼模型克服了结构阻尼模型的缺陷，同时保留了非比例阻尼体系中阻尼矩阵易构造的优点；与基于阻尼衰减等效的Rayleigh阻尼模型相比，基于阻尼耗能等效的Rayleigh阻尼模型计算结果近似相等，但避免了复模态分析，且计算过程直观简单。     

轻敲模式下 AFM 动力学模型及能量耗散机理研究

轻敲模式下探针从远离到间歇性接触样品表面,是一个连续的能量耗散过程.针对该连续过程的能量耗散机理研究仅零星存在于各个文献之中,对于连续过程中各个阶段的能量耗散机理也没有一个系统的解释和实验验证.本文提出了新的位移激励下原子力显微镜探针-样品系统简化模型并得到了一维振子系统等效阻尼的计算方法,并通过该方法计算了探针在远离样品表面时的空气黏性阻尼和靠近样品时的空气压膜阻尼,分析了探针从远离样品到间歇性接触样品表面这一过程中的环境耗散机理变化,得到了原子力显微镜系统理论品质因数与探针工作位置的关系曲线;在此基础上设计了轻敲模式下的微悬臂梁扫频实验,得到了系统实验品质因数与探针工作位置的关系曲线,进而验证了理论模型的准确性. 本文通过对轻敲模式下AFM环境耗散机理进行理论分析和实验验证,希望可以对轻敲模式下AFM动力学特性及其阻尼作用机理有更近一步的认识,同时对微纳米机电系统 (MEMS/NEMS) 能量耗散机理的研究提供理论参考和实验方法.      

基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法

黏性阻尼模型存在每周期耗散能量与外激励频率相关的缺陷,复阻尼模型时域计算结果存在发散现象.为克服上述两种阻尼模型的不足,在复阻尼模型基础上,依据时频域转化原则推导了频率相关黏性阻尼模型.频率相关黏性阻尼模型不仅具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,还保证了结构位移时程的稳定收敛.混合结构由具有不同阻尼特性的材料组成,其阻尼矩阵为非比例矩阵,无法直接采用实模态叠加法.根据频率相关黏性阻尼模型与复阻尼模型的转换关系,提出了适用于混合结构的基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法.算例分析结果表明,与基于黏性阻尼模型的复模态叠加法相比,基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法不仅计算结果唯一,且不增加矩阵维度,具有较高的计算效率.小阻尼情况下,两种方法的计算结果近似相等,且与复阻尼模型的频域计算结果一致.当阻尼比较大时,两种方法的计算结果差异增大,但频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法与复阻尼模型的频域计算结果仍保持一致.     

基于等效阻尼理论的金属橡胶弹性迟滞力学模型及实验研究

针对弹性多孔金属橡胶非线性迟滞特性力学行为,将迟滞恢复力-位移曲线分解为非线性单值曲线和椭圆,并将等效阻尼理论用于动态力学性能参数识别,从而建立了一种新型的适用于黏弹性阻尼材料的宏观唯象力学模型。采用不同相对密度的环形金属橡胶进行动态实验测试,以验证理论模型的准确性,结果表明该模型可将具有非线性特性的金属橡胶系统进行降阶处理,提高金属橡胶力学模型的预测效率,并能很好地描述金属橡胶的迟滞力学行为。另外,研究了在不同激励频率条件下金属橡胶的阻尼耗能特性。实验结果表明:在高频加载的条件下,黏性阻尼系数对动态加载频率不敏感,阻尼耗能与加载幅值之间呈线性正相关。基于等效阻尼理论的弹性迟滞力学模型具有一定的普适性,可进一步推广应用于类似弹性多孔材料的力学性能表征,为其工程应用提供理论基础。     

描述非线性振动的一个数学模型

本文运用保守振动系统的能量守恒定律，论述了一种确定振动系统运动微分方程阻尼函数的方法，以求得与保守系统运动微分方程的解相一致的相平面边界曲线。     

粘弹性阻尼修改后结构系统动特性的预测

无阻尼或比例阻尼结构系统经粘弹阻尼修改后,可变为粘弹性阻尼系统。要获得其动特性,需求解复特征值问题。但是,随之带来了计算量大、费用高等问题。尤其是粘弹性材料特性随频率而变化,需求解高阶非线性复特征值问题,这对于一个自由度较大的结构,计算量太大,通常较难实现。本文在特征值修改方法的基础上,提出粘弹性阻尼局部动力修改方法,即仅需已知原结构系统的实模态参数,就可求出粘弹阻尼修改后系统的复模态参数。还发展了特征值和修改量同时迭代方法,有效地解决了粘弹材料复模量随频率变化引起的非线性复特征值问题。     

基于微分求积法求解非粘滞阻尼系统的时程响应

研究一种含有指数型非粘滞阻尼线性多自由度振动系统的时程分析问题。该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表述为质点速度与核函数的卷积。由于阻尼模型的改变,常用的数值积分方法（如Newmark-β法、Wilson-θ法）不能直接应用于这种非粘滞阻尼系统。基于一种无条件稳定的微分求积方法,给出了这种非粘滞阻...     

黏性阻尼系统时域响应灵敏度及其一致性研究

时域响应灵敏度分析是时域梯度优化算法的基础. 灵敏度分析通常只涉及对设计变量的微分运算, 但时域响应灵敏度问题还涉及时间域的离散化. 因此, 微分和离散的先后顺序可能对时域响应灵敏度结果产生影响. 针对黏性阻尼系统时域响应灵敏度求解问题, 基于改进精细积分方法, 分别推导了先微分后离散和先离散后微分两种伴随变量方法. 其中, 先微分后离散法首先对由伴随变量构造的增广函数微分, 再利用改进精细积分方法在各离散时间点求解时域响应灵敏度; 而先离散后微分方法则首先在各离散时间点引入残值方程构造增广函数, 再对各增广函数进行微分以求解时域响应灵敏度. 通过数值算例验证了所提出方法的有效性和准确性, 并与传统基于Newmark的方法进行比较. 结果表明, 积分方案、数值离散误差以及离散和微分的先后顺序共同影响灵敏度的一致性误差. 综合考虑精度、效率和一致性问题, 基于改进精细积分的先微分后离散伴随变量法表现更优, 最适合应用于黏性阻尼系统时域梯度优化算法.      

具有重频特性系统的动力响应分析

一般有阻尼线性系统出现重特征值时,基于振型正交性的复振型分解法将不再适用.本文综合运用高等数学、线性代数和复变函数理论,对具有重频特性的一般有阻尼线性多自由度系统给出了系统动力响应在时域中的计算方法.该方法充分利用复振型分解法和留数矩阵解耦法的优点,不仅概念清晰,而且易于理解和掌握,适合于大型复杂系统的动力响应分析.此外,本文给出了双自由度体系产生重特征值的条件,对典型实例进行了地震响应分析,并通过与Newmark-β法计算结果的对比,论证了文中所给计算公式的正确性.本文提出的分析方法具有普适性,对线性结构、机电和控制系统也都是适用的.     

基于VOF方法的圆柱箱体中液体晃动阻尼计算

对于部分充液箱体中液体小幅晃动问题,自由液面处的黏性耗散是总阻尼的重要组成部分.影响液体晃动阻尼的因素很多,导致阻尼计算的精度有限,为了提高阻尼的计算精度,提出了一种基于流体体积组分方法的阻尼计算方法. 采用该方法求解阻尼时,可以满足所有壁面的黏性无滑移条件,计算出具体的阻力值而不是一个范围.运用该方法的阻尼计算结果与已发表的试验结果更加吻合,特别是在液高比h/R<1时.      

大型非经典阻尼系统的动态解耦方法

提出了大型非经典阻尼系统动力分析的动态解耦方法，同时在特征值问题的求解和动力响应的计算中完全避免复数运算．方法适用于无阻尼陀螺系统、非经典阻尼系统（包括阻尼陀螺系统），且不论系统亏损与否．得到了揭示阻尼作用的有趣的理论结果和实用的数值方法     

动载荷下螺栓连接的优化设计

把螺栓法兰密封连接结构简化成-质量、弹簧、阻尼系统，其中阻尼包括黏性阻尼和库仑阻尼两个部分。用此模型对法兰在指数衰减脉冲激励下的响应进行了数值仿真，研究了螺栓中预应力、螺栓个数、法兰螺栓间的阻尼对法兰结构响应的影响，螺栓中预应力和螺栓个数对螺栓变形峰值有较大影响，阻尼对螺栓峰值的影响较小。     

附加约束阻尼层对星箭系统动特性的影响分析

在星箭连接支架外表面附加约束阻尼层可抑制星箭对接界面的振动,从而降低卫星在发射过程中所承受的振动和噪声载荷.本文将有限元技术与矩阵特征值摄动分析方法相结合,就卫星支架局部修改(附加约束阻尼层)对星箭系统动态特性的影响进行了分析.以已有星箭系统结构的模态信息为基础,给出了支架部位附加约束阻尼层后星箭系统动态特性变化的定量计算方法,并证明了该减振技术能够不明显的改变原星箭系统的固有特性.     

局部结构动力修改的频率响应函数方法

本文提出一种计算结构修改后振动特性的频率响应函数方法。此法考虑结构修改时振动系统的物理参数矩阵(质量、刚度、阻尼)的同时变化,利用位置矩阵,将局部修改时产生的物理参数矩阵的增量部分分解表示。推导出修改后振动系统的频率响应函数矩阵,进而拟合出模态参数。此法对物理参数的改变量的大小可以任意,且计算过程简单。     

有阻尼质量弹簧系统逆特征值问题的一种解法

本文探讨了用附加已知质量的方法求解有阻尼质量弹簧系统逆特征值问题的可能性。它意味着可以从测得的复频率信息中淬取出系统的结构(物理)参数。而系统的复频率的获得只需在结构上布置一个测点。     

波能耗散的结构阻尼损耗因子度量方法

根据波动理论,用Timoshenko梁理论在高频范围内分析能量的耗散,通过重建作为频率函数的色散关系曲线,得到动力粘弹性模量及材料的损失因子。根据动力系统的固有特征方程与材料弹性特性的关系,研究利用阻尼损耗因子定量描述在高频情况下,波在结构中传播时的能量耗散效应以及结构阻尼损耗因子的表示方法,并通过实验利用波的色散关系估计结构的动力粘弹性模量,理论分析和实验结果表明了这种方法的可行性。     

周期性阻尼信号对外全阻尼惯导系统位置误差影响研究(海流修正)

本文开拓性研究了外全阻尼惯导系统的阻尼理论问题,即当引入的阻尼信号为周期变化时对惯导系统误差影响的规律、特点,并进行了模拟仿真实验,给出了仿真误差曲线,进行了机理分析.问题的根本在于采用相对计程仪,把24小时、12小时周期变化海流引入了方位回路,使回路中产生了频率响应,尤其使之与地球回路的固有周期发生"共振",使位置误差出现振荡或者发散,几天后超差.如果采用绝对计程仪或海流修正,此问题可有效解决.