高速流场中高频振动面板的能量辐射传递模型研究

为了考察高速流场对面板高频振动的影响,建立了高速流场环境中面板的能量辐射传递模型。针对高速流场环境中的二维面板,引入受高速流场影响的波数和群速度,建立了能量密度控制方程,推导了高速流场环境中面板的能量密度和能量强度的核函数。实源强度由导纳法计算得到的输入功率表示,虚源强度通过边界的能量平衡方程确定,根据惠更斯原理,板的能量响应由实源产生的直接场与虚源产生的反射场线性叠加得到。最后,通过将本研究所提能量辐射传递法(RETM)的计算结果与解析解对比,验证其正确性,同时分析了高速流场对板能量响应的影响。本研究为高速流场环境下飞行器面板的高频振动响应预测提供了一种有效的分析方法。     

对估算金属切口强度的能量法与Neuber法的比较

估算金属切口的强度时,人们一般采用以Neuber准则为理论基础的Neuber法,或以Moski及Glinka的等效能量密度法为理论基础的能量法．本文以弹塑性幂硬化材料为研究对象,将两种方法得到的结果与实验结果进行了比较,发现Neuber法总是低估切口强度,而大多数情况下,能量法却高估切口强度,并且总的来说,能量法的精度高于Neuber法的精度;能量法的可靠性高于Neuber法的可靠性．     

二维弹性新型快速多极虚边界元的最小二乘法

在虚边界元最小二乘法的方程求解中采用新型的快速多极展开和广义极小残值法,提出了一种二维弹性新型快速多极虚边界元最小二乘法的求解思想。基于二维弹性问题原有的快速多极虚边界元最小二乘法的展开格式,通过引入对角化的概念,以更新展开传递格式;相对于原有快速多极算法,该方法可进一步提高计算效率且仍能保证具有较高的计算精度。数值算例说明了该方法的可行性、计算效率、计算精度均较高。     

弹塑性力学问题的虚单元法

具有有限差分法特征的虚单元法,可视为是有限元法向任意多边形单元的扩展。在材料细观力学性能表征、非均质材料力学分析等非线性问题方面,传统的弹塑性有限元法具有网格数目多、效率低下等不足之处,而虚单元法使网格划分更加灵活,为材料的弹塑性力学分析等非线性问题提供了新的思路。基于增量法弹塑性力学原理和双线性投影算子,建立了弹塑性力学问题的虚单元法求解技术,提出了弹塑性力学问题虚单元法的应力更新方案,研究了弹性力学问题虚单元法的精度和收敛性,讨论了虚单元法求解弹塑性力学问题的网格依赖性。同时,开展了任意多边形和凹多边形单元的数值试验研究,结果表明,虚单元法无须分割多边形,仅需节点自由度便可求得单元刚度矩阵和应力等效荷载,程序实现简单,计算精度高,改善了传统有限元的网格依赖性和塑性区的网格奇异性。     

复杂三维组合曲面的有限元网格生成方法

提出一种基于映射法的复杂三维组合曲面的有限元网格全自动生成方法。通过引入虚边界解决了闭合曲面在参数域中边界不完整的问题；通过调节虚边界提高了复杂组合曲面网格生成的质量。改进二维多边形区域的裁减算法，解决了闭合曲面在参数空间中的边界环形成问题。对曲面片公共边界进行统一离散化处理，以满足有限元网格的相容性要求。以边界表示(B—Rep)数据结构为基础，实现了组合曲面全自动网格剖分的总成算法．改进了曲面网格剖分布点算法，并结合局部连接、诊断交换等技术，优化了网格的整体质量。     

一种基于SMR主动隔振模型的功率流控制方法

用功率流指标描述主动隔振系统中能量的传输，以传输到接受性的功率流最小为最优化控制目标，推导主动隔振系统中功率流传递的最优控制表达式，提出一种基于SMR主动隔震模型的主动功率流的最优化控制策略，对比分析了被动和主动模型下总功率流的传递特性以及主动控制时传递到基础的各功率流分量的分布特征。针对工程实际中的柔性安装问题，对四边筒支矩形薄板扩动隔振进行了研究。     

基于声场精细积分算法的潜艇流激噪声预报

建立了Suboff潜艇流场、结构场和声场耦合模型,对其水下航行时流激引起的艇体低频结构振动及水下辐射噪声进行了研究。采用CFD方法对潜艇三维流场进行非定常计算,以此得到艇体表面的脉动力,并通过数据映射将该脉动力加载到潜艇有限元模型进行响应分析。以潜艇壳体响应结果为边界条件,采用声场精细积分算法对潜艇流激引起的水下辐射噪声进行预报,该算法可对Helmholtz边界积分方程(HBIE)中的弱奇异积分系数及近场积分系数进行自适应求解,当细化步数达到6时,积分以10-4的残差单调收敛。结果表明,流激作用下,潜艇水下辐射声功率及声辐射效率皆出现明显峰值,其中流激的线谱成份引起艇体受激强迫振动,辐射较强水声,宽带谱成份则引起艇体结构共振,可辐射更强的水声。因此,降低潜艇的流激噪声,需同时优化艇体型线及内部结构以改善伴流,降低湍流强度,重点是避免流激共振。     

一种双转子罗茨鼓风机动力学传递模型

针对罗茨鼓风机振动噪声问题,将风机结构简化为转子、轴承、箱体、隔振器支撑、弹性基础等五个子结构,建立一种简化的空间柔性耦合动力学方程。采用子结构传递矩阵法推导各子系统动态传递矩阵及功率流的表达式;从结构噪声能量传输角度出发,分析了轴承刚度、箱体质量等结构参数变化对风机功率流传递性能的影响。结果表明:减小轴承的刚度,会降低输入到箱体的功率流;通过增加箱体质量,可以降低振动。此结果为具有双转子壳类机器的结构优化与动态设计提供理论基础。     

应用修正的虚裂纹模型研究混凝土结构的三维裂缝扩展

本文在虚裂纹模型中引入初裂强度因子的概念以研究混凝土结构的三维裂缝扩展。虚裂纹的扩展由裂纹尖端的初裂强度因子和虚裂纹所传递的软化应力共同控制。将软化应力分析曲线分段线性化进行模拟,这使问题得到很大程度的简化,同时又保证了解的必要精度。对所建立的有限元基本方程组建议了一次性的求解方法,可以不进行迭代,这既保持了解的稳定,又减轻了计算工作量。     

基于有限断裂法和比例边界有限元法的裂纹扩展模拟

基于有限断裂法和比例边界有限元法提出了一种裂缝开裂过程模拟的数值模型。采用基于有限断裂法的混合断裂准则作为起裂及扩展的判断标准,当最大环向应力和能量释放率同时达到其临界值时,裂缝扩展。结合多边形比例边界有限元法,可以半解析地求解裂尖区域附近的应力场和位移场,在裂尖附近无需富集即可获得高精度的解。计算能量释放率时,只需将裂尖多边形内的裂尖位置局部调整,无需改变整体网格的分布,网格重剖分的工作量降至最少。裂缝扩展步长通过混合断裂准则确定,避免了人为假设的随意性,并可以实现裂缝变步长扩展的模拟,更符合实际情况。通过对四点剪切梁的复合型裂缝扩展过程的模拟,对本文模型进行了验证,并应用于重力坝模型的裂缝扩展模拟,计算结果表明,本文提出的模型简单易行且精度较高。     

考虑粘结面厚度的局部粘结单元法

传统无厚度粘结单元法CFEM (Cohesive finite element method)在模拟脆性材料断裂方面具有很强的优势,但也存在很大问题.一是单元尺寸增大,收敛性变差;二是单元尺寸变小,模型刚度发生折减.为了克服这两个问题,发展了考虑厚度的局部粘结单元法,即在裂纹可能扩展区插入具有一定厚度的粘结面单元.粘结面单元采用拓展虚内键本构(Augmented virtual internal bond)描述.由于考虑了厚度,粘结面交叉处会形成多边形空缺.为了弥补这一空缺,将其看作多边形键元胞,采用离散虚内键模型(Discretized virtual internal bond)对其建模,保证了模型的几何完整性.模拟结果表明,本文方法有效,克服了传统CFEM方法的刚度折减问题,提高了计算稳定性和收敛性.     

虚边界元法的理论分析

通过平面位势问题,对虚边界元方法的理论基础进行了探讨性研究。在此基础上,给出虚边界与真实边界间的距离选取法,其实质是距离的选取依赖于边界的离散化。     

浮筏隔振系统功率流特性分析

针对工程实际中浮筏隔振装置，建立了柔性基础上机组多支承弹性浮筏耦合隔振系统动力学普遍模型，提出了子系统动态特性综合分析法，给出了耦合系统动态传递方程及功率流表达式。根据工程中两机组浮筏隔振系统功率流理论计算结果，着重探讨安装频率与支承结构柔性耦合作用及其对隔振效果影响。研究结果表明：合理设计安装频率，可有效控制振动能量传输。     

机器—基础柔性隔振系统的功率流试验研究

在对楼层安装机器柔性耦合动力系统功率流理论研究的基础上，本文进一步从实验观点研究了机器—基础柔性隔振系统的功率流传递谱。建立了柔性隔振系统实验模型和功率流测试分析系统，从能量观点对机器—隔振器—弹性基础耦合系统的振动传递机理进行了实验研究。通过对称和非对称系统的功率流对比实验，揭示了功率流传递谱的非对称效应，验证了理论分析的正确性。     

求解位势问题的虚边界元法

本文提出了求解位势问题的虚边界元法，建立了位势问题的虚边界元的离散方程式，推导了离散化求系数的积分解析式。该方法与传统边界元法相比具有不存在奇异积分和边界附近精度较高等优点，可用来计算真空静电场、稳定温度场、流体绕流、介质中的渗流等各类位势问题。大量算例均获得了满意的结果。     

热电材料孔边周期裂纹问题的热电弹分析

论文研究了均匀电流密度和能量流作用下,热电材料中带4k个周期径向裂纹的圆形孔口问题.考虑非渗透型电和热边界条件,运用复变函数理论和保形映射方法,得到了热电材料中电流密度、能量密度和应力场的精确解.依据断裂力学理论,运用Cauchy积分公式得到了周期裂纹的电流、能量和应力强度因子.数值结果分析了场强度因子随各个参数的变化...     

复杂激励下平置板式浮筏功率流传递特性研究

针对隔振理论研究领域中舰船的振动和噪声控制问题，建立六维^[1、2]平置板式弹性浮筏的多机组隔振理论分析计算模型，导出了弹性浮筏传递功率流的表达式，从振动能量传输的角度来评价浮筏系统隔振效果，绘制了功率谱曲线，揭示机组的布置，筏架刚度等结构参数对功率流传递的影响，给出了浮筏设计中结构参数选择的一般准则。     

求解位势问题的虚边界元法

本文提出了求解位势问题的虚边界元法，建立了位势问题的虚边界元的离散方程式，推导了离散化求系数的积分解析式。该方法与传统边界元法相比具有不存在奇异积分和边界附近精度较高等优点，可用来计算真空静电场，稳定温度场，流体绕流，介质中的渗流等各类位势问题，大量算例均获得了满意的结果。     

水下爆炸作用下基于声学的爆源子结构输入方法

无限域吸收边界和爆炸波输入是水下爆炸载荷数值模拟的两个关键问题.本文借鉴基于内部子结构的地震波动输入方法和爆源子结构多尺度分析方法,考虑水下爆炸载荷与地震载荷同属于波动问题,提出一种水下爆炸作用下爆源子结构的爆炸波输入方法,该方法首先通过对爆源区域进行水下爆炸波自由场的波场分解,并利用地震波的内部子结构输入方法,将该自由波场运动转换为等效爆炸波输入载荷,从而实现了水下爆炸问题中冲击波的输入;本文采用圆形爆源子结构区域,并采用AUTODYN软件中一维自由场模型计算水下爆炸作用下该区域的自由波场压力时程.进一步,基于连分式近似方法提出了一种模拟无限域水体辐射效应的高精度时域人工边界条件,该吸收边界可设置于离结构和爆源子结构较近处.本文提出的分析方法通过圆形爆源子结构进行水下爆炸载荷的转化,并采用高精度吸收边界大大减少计算区域,既保证了计算精度,又降低了单元数量,具有较高的计算效率和较强的实用性.通过数值算例分析,验证了本文模型与方法的准确性,模拟了水下爆炸作用下的冲击波和气泡脉动阶段测点的压力时程曲线,并研究了圆形结构对水下近场爆炸波散射效应的影响规律.     

齿轮传递系统振动功率流特性研究

从振动噪声传递的经典模型(即振源-路径-接受体)出发，分别对轴、轴承、箱体建立模型，进行动力学分析，其中把轴看作受到广义力作用下的空间梁，应用传递矩阵法推导其导纳矩阵；轴承采用Lim模型，箱体看作一个刚体模型。采用子结构导纳方法，推导了传递到子系统的功率流表达式，研究不同阻尼比对传递到箱体和系统的功率流的影响，为进一步研究齿轮箱类结构振动特性奠定分析基础。