基于键合图法的多个子结构自由界面模态综合法研究和应用

将键合图方法用于动态子结构研究,提出了一种求解多个子结构自由界面模态综合法的新方法。通过一系列物理和数学上的分析,详细推导出多个子结构自由界面模态综合法的计算过程。在本文给出的算例中,基于键合图方法的自由界面模态综合法,通过建立各个子结构的状态空间方程,计算子结构相应的特征值矩阵和振型矩阵;这些子结构在进行模态综合后,获得整体结构的特征值矩阵和振型矩阵,该结果和原来整体结构完全相同,这进一步说明了本文提出的新方法的正确性。运用本文提出的方法建立状态空间方程,在子结构的模态综合过程中,不会产生系统特征值的增失根问题,确保了子结构在综合后其整体结构模态信息的完整性。     

混合界面直接分支模态综合法

在直接分支模态综合法(本质上属自由界面模态综合法)的基础上,提出并深入研究了混合界面直接分支模态综合法。混合界面法将复杂庞大的结构取做主体部件,而将与此主体部件相连的其余部分视为分支部件。对主体部件采用自由界面,分支部件则采用固定界面。各子结构之间完全独立计算,并且通过计入主、从子结构的剩余模态矩阵的办法来补偿所舍去的高阶模态分量,保证了计算精度。本方法从工程应用的实际出发,通过模拟航空发动机机匣管路系统的数值算例,验证了混合界面法的正确性。     

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     

基于局部模态的约束子结构模型修正法

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对应子结构部分的模态即可以修正子结构模型.由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态;结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型.通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果.     

连结子结构与自由界面模态综合法在非线性动力分析中的应用

本文提出了一种由线性连接元和非线性连接元组成的连接子结构，并将这种连接子结构用于自由界面的模态综合技术。利用非线性振动理论的渐近方法，求得经模态综合法降维后系统方程的近似解析解。从而将具有连接子结构的自由界面的模态综合技术推广应用到具有局部非线性的复杂结构系统的动力分析，为利用非线性振动理论的渐近方法及动力系统理论进一步研究高维非线性动力学系统的振动特性、分岔及混沌行为创造了一种新的途径。算例表明，该方法具有足够的精度。     

Constrained Substructure Model Updating Method Based on Local Mode

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对 应子结构部分的模态即可以修正子结构模型. 由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态; 结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩 阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构 中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根 据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型. 通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或 10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果. 关键词 模型修正,柔度矩阵,约束子结构,灵敏度,修正单元力     

基于固定界面与自由界面子结构模态的混成模态综合方法及其应用

本文提出混用固定界面与自由界面子结构的两类模态来共同构造优良模态基，然后进行模态综合，该方法成倍地增加能反映结构感兴趣频域的可保留模态数，从而大大提高了综合精度。     

固定界面动态子结构方法研究车内噪声问题

随着社会的发展，降低车内噪声越来越受到人们的重视。由于整车结构复杂，本文采用包括软子结构的动态子结构方法，把整车模型划分为多个子结构，包括动力总成子结构、副车架子结构、车身与车内声场耦合子结构、非簧载质量子结构及多个线性和非线性软子结构等。采用固定界面模态综合法，建立整车结构车内声场流固耦合动力学模型。对于车身与车内声场耦合子结构，由于其总质量和刚度矩阵为非对称矩阵，传统的模态叠加法不能应用到耦合系统中，本文引入了左特征向量的概念，用左特征向量左乘原方程，使耦合系统微分方程得到解耦。在已建立的总系统动力学模型基础上，在时域内对前后轴分别激励时汽车振动和车内噪声特性进行仿真模拟，并通过台架试验对仿真结构进行验证。     

模态分析与动态子结构方法新进展

综述在模态分析与动态子结构方法研究的一些最新进展.首先回顾经典的位移展开定理和模态叠加原理.为了加速经典方法的收敛速度、提高计算效率, 进一步介绍两个新的结构位移展开定理(采用固定界面模态的位移展开新定理, 给出采用低阶固定界面模态的高精度位移展开式;采用混合模态的位移展开新定理, 给出采用低阶混合模态表示的高精度位移展开式)和相应的动力学新解法.相应上述3个位移展开定理, 介绍采用解析推导的方法构造出3类动态精确子结构方法, 各种子结构模态综合法实质上都是它们的某种近似与变化形式, 从而形成系统的动态子结构分析技术.上述介绍的模态分析与动态子结构方法新进展与经典模态分析技术一起形成结构动力学分析技术的系统理论.      

基于SiPESC平台的模态综合法研究及实现

模态综合法作为主流的动力子结构方法,可在有效的精度下缩减整体结构的自由度,特别是对大型复杂结构的动力计算具有较高的效率,已被集成到许多商业CAE软件中,因此把它集成到SiPESC平台上是一项很有意义的工作.本文实现了两种模态综合法的集成,分别是Craig-Bampton方法、多层Craig-Bampton方法.研究工作同时提出了一种高效的子结构界面点搜寻算法,所实现的Craig-Bampton方法考虑了子结构的旋转及平移,多层Craig-Bampton方法可以考虑各种多层子结构的划分方式.SiPESC平台是由大连理工大学开发的新一代的有限元数值计算软件平台,它利用了新型的软件架构和程序设计思想,因此在SiPESC平台上进行程序设计开发是十分方便的.通过构建数值算例同Nastran的计算结果进行对比,数值算例验证了本文实现方法的正确性和有效性.     

结构模态分析的有限元并行模拟

以子结构模态综合分析为基础,提出一种求解大型结构特征值问题的并行解法．采用子结构模态综合算法,结构特征模态采用子空间迭代方式并行求解．这种子空间迭代法的子结构并行计算的实施是利用子结构的刚度阵和质量阵而不必完全组集系统刚度阵和质量阵求解综合系统的特征值问题．数值结果表明这种求解大型结构特征值问题的并行算法是可行有效的．     

Calculation of higher natural frequencies of simply supported elastic composite beams using Riccati matrix method

A composite beam is composed of an upper slab and a lower beam connected at the interface by shear transmitting studs. In this paper, an improved and efficient numerical model for the calculation of higher natural frequencies of an elastic composite beam is presented. The numerical model uses the Riccati transfer matrix method. First, the exact field transfer matrix for an element of the beam is represented using the combination of the Analog Beam Method and the transfer matrix method. Second, applying Riccati method to the beam system, the natural frequencies can be easily calculated. The advantage of the present model is to overcome the numerical instabilities of the ordinary transfer matrix method, especially when calculating the higher natural frequencies of structures. A numerical example is given to illustrate and compare the results with those available from other methods. Finally, a parametric study is given to examine the effect of various parameters of the elastic composite beam on its free vibration behavior.     

刚架结构频域子结构法的实验研究

以空间刚架为模型,对Jetmundsen频域子结构综合法进行了探索性实验,并研究了子结构的界面自由度完整性对最后综合结果的影响。实验中,频响函数矩阵中与线自由度响应和集中力输入相关的项通过加速度计与力传感器直接测量,而与转角自由度响应或纯力矩输入相关的项通过一种结合转角自由度间接测试和模态分析技术的方法获取。实验结果显示,实验子结构综合法能够有效地预报结构的动力学性能,而转角自由度的引入能在一定程度上改善预报质量。     

分析层状半空间对入射地震波响应的改进模型

采用层内位移线性近似的薄层元及基岩半空间刚度的Ｔａｙｌｏｒ级数展开技术，利用基岩地震动三分量反算入射波振幅，建立了层状半空间场地地震波响应分析的一种改进模型，分析了层状半空间对倾斜入射ＳＨ，ＳＶ和Ｐ波的动力响应．结果表明，本文模型不仅具有较高精度，而且非常便于数值处理和计算机编程     

柔性机械臂动力学方程单向递推组集方法

本文基于Jourdain变分原理提出一种柔性机械臂动力学方程的单向递推组集方法。用规则标号法描述系统中物体和铰的邻接关系;用铰相对坐标和模态坐标分别描述物体的大位移运动和弹性变形。文末以三连杆机器人操作手为例说明本文建模的过程。     

MESO-MECHANICAL ANALYSIS OF SHAPE MEMORY ALLOY REINFORCED SMART STRUCTURE WITH DAMAGE

The mechanical behaviors of shape memory alloy (SMA) wires reinforced smart structure with damage were analyzed through the variational principle, a governing equation for the structure was derived, mathematical expressions for the meso-displacement field, stress-strain field of typical element with damage were presented, and a failure criterion for interface failure between SMA wires and matrix was established under two kinds of actuation which are dead-load and temperature, where the temperature is included in effective free restoring strain. In addition, there are some other composing factors in the failure criterion such as the interface properties, dynamical properties of SMA, initial debonding length L-l etc. The results are significant to understand structural strength self-adapted control and failure mechanism of SMA wires reinforced smart structure with damage.     

A computational framework for fluid–porous structure interaction with large structural deformation

We study the effect of poroelasticity on fluid–structure interaction. More precisely, we analyze the role of fluid flow through a deformable porous matrix in the energy dissipation behavior of a poroelastic structure. For this purpose, we develop and use a nonlinear poroelastic computational model and apply it to the fluid–structure interaction simulations. We discretize the problem by means of the finite element method for the spatial approximation and using finite differences in time. The numerical discretization leads to a system of non-linear equations that are solved by Newton’s method. We adopt a moving mesh algorithm, based on the Arbitrary Lagrangian–Eulerian method to handle large deformations of the structure. To reduce the computational cost, the coupled problem of free fluid, porous media flow and solid mechanics is split among its components and solved using a partitioned approach. Numerical results show that the flow through the porous matrix is responsible for generating a hysteresis loop in the stress versus displacement diagrams of the poroelastic structure. The sensitivity of this effect with respect to the parameters of the problem is also analyzed.