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。     

有阻尼振动系统的自由界面子结构综合法

研究了阻尼振动系统的自由界面子结构综合法.为了在最终给出的系统综合方程中考虑剩余柔度矩阵的影响,本文利用质量矩阵、阻尼矩阵和结构保留模态矩阵构造了一种与保留模态矩阵加权正交的矩阵.在计算自由-自由结构的剩余柔度矩阵时,通过这种加权正交矩阵能够避免直接对子结构刚度矩阵的求逆运算.在此基础上提出了一种新的有阻尼振动系统的自由界面子结构综合法.算例分析表明,本文的方法具有很高的计算精度.     

基于拉格朗日键合图梁-多自由度耦合系统模态分析

基于拉格朗日键合图建立了梁-多自由度耦合系统的离散模型,考虑子结构与梁间的相互影响,得到了系统振动的数学模型。以一个固支梁联接三个弹簧-质量的耦合系统为例进行了建模仿真,得到的模态分析结果与文献一致,表明该方法对此类耦合系统进行模态分析是正确的。     

自由界面部件模态综合中的移频技术

本文给出在自由界面部件模态综合中应用移频技术的理论依据,证明了适当地选择移频值才能简化计算过程和保证良好的精度,并利用工程算例作了验证.     

固定界面子结构模态精确综合之非线性特征值问题的迭代解法

本文从模态综合过程出发，构造由于固定界面子结构模态精确综合所致非线性特征值问题的有效迭代格式。能用的Ｃｒａｉｇ固定模态综合结果成为其首次迭代近似。该方法克服了可保留模态数的限制，综合结果能达到指定精度。     

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。     

基于模态缩减和模态实验数据的结构连接参数识别方法

利用在结构系统可测自由度上获得的不完备模态参数和子结构的有限元模型，根据模态缩减理论，建立了识别子结构间连接子结构参数的优化模型，采用逐次二次规划法求解，改善了测试噪声和模态截断误差的影响。该方法识别精度高、收敛速度快、计算量小，便于工程应用。     

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.     

基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构不确定模型更新

由于螺栓结构中存在复杂的微观特征,数值模型中无法避免的会引入不确定性。针对螺栓设计中参数不确定性量化问题,一种基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构随机模型更新方法被提出。首先考虑高阶剩余模态的影响,推导了适用于螺栓组合结构弹性交界面的高精度模态综合法;之后,在贝叶斯推理框架下,通过组合结构的自振频率和振型的概率分布,建立螺栓连接参数的后验概率密度函数,并借助DRAM(delayed rejection adaptive metropolis)抽样方法量化参数的不确定性。数值算例表明,针对各子结构之间自振频率差别较大的结构,与模态综合法相比,本研究方法在较少子结构模态参与的情形下,也可以保证良好的模型更新结果。     

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.     

基于频率和模态保证准则的结构内部多缺陷反演

静响应(位移、应变等)在实际问题的反演分析中很难由安装在结构上的一组传感器记录得到,而结构的动力特性(频率、振型)和 动力响应(加速度、速度、动位移)在实际问题中较易通过传感器采集得到. 文中基于频率残差和模态保证准则构建了反演分析模型的目标函数,并结合频域内动力扩展有限元法和人工蜂群智能优化算法 的优点,扩展有限元法通过引入非连续位移模式在不重新划分网格的情况下通过改变水平集函数反映缺陷的数量、位置及大小, 避免了反演分析每次迭代过程中的网格重剖分,人工蜂群智能优化算法在每次迭代中都采用全局和局部搜索,找到最优解的概 率大幅增大并可很好地避免局部最优,同时,通过引入拓扑变量,将缺陷的数量纳入到反演分析过程中,迭代过程中可智能反演出缺陷的数目,建立了结构内部多缺陷(孔洞、裂纹)的反演分析模型. 通过若干算例的分析表明:建立的反演分析模型能够较为准确地探测出结构内部圆形、椭圆形以及裂纹状缺陷的数量、位置及大小,且算法具有较好的鲁棒性.      

工程结构的随机特征问题研究及其在梁结构中的应用

采用子结构模态综合和摄动随机有限元相结合求解工程结构的随机特征问题。为求出随机特征对的方差，借助于模态截断概念推出诸特征值与特征向量对随机变量的偏导数。以染结构为典型算法，定量研究了子结构动模态的选取个数与随机特征对的计算精度间关系，以梁的长细比首次确定使用Timoshenko梁和Euler-Bernoulli梁两模型求解梁类工程结构随机特征问题的适用范围。     

基于曲率模态和小波奇异性的结构损伤识别

传统的傅立叶变换适合确定一个函数奇异性的整体性质,而难以确定奇异点在空间的位置及分布情况.小波变换具有在时域和频域局部放大的性质,在工程中获得广泛应用.由于曲率模态具有较高的灵敏度,仅仅需要较低阶的模态信息就可获得很好的识别效果.本文据此提出了采用损伤前后曲率模态残差小波变换系数方法对结构损伤进行识别,通过该小波变换系数的分布情况来确定结构的损伤指标.为验证该方法的有效性,通过选用具有线性相位的双正交样条小波,对一梁结构进行了数值模拟.结果表明,采用该方法不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置.     

基于应变模态和稀疏贝叶斯学习的网架结构损伤识别

传统稀疏贝叶斯学习算法进行损伤识别时需要对每个单元进行刚度损伤系数的迭代更新,当结构单元众多时,存在计算效率低和对振型的完备性要求高等问题.本文提出了损伤识别两步法,首先利用应变模态差指标进行疑似损伤单元的判断;接着以单元刚度损伤系数为目标参数,建立结构损伤识别的多层次稀疏贝叶斯学习模型,利用稀疏贝叶斯学习算法进一步识...     

利用振动模态测量值和神经网络方法的结构损伤识别研究

提出了一种基于模态测量参数和神经网络的结构损伤检测方法,建造了两种输入方式的BP神经网络,即自振频率以及结合自振频率与振型,并讨论了不同数量的输入信息对结构损伤检测精度和计算效率的影响。证明了输入的参数越多,神经网络就越聪明,训练的收敛速度越快;以及在保证一定的测量精度的情况下,基于频率与振型的损伤识别结果要好于基于频率的检测结果。最后,通过对3层框架模型的4种损伤工况下的结构损伤检测结果的分析,认为利用模态测量参数和神经网络方法能够准确地识别结构损伤的位置,而且能较精确地识别结构损伤的大小。     

基于模态数据的长细结构小损伤精确识别研究

本文针对现有的损伤识别方法不能满足部分结构损伤识别精度要求的现状,对结构的小损伤精确识别方法开展研究．以长细结构为研究对象,对具有不同损伤位置和损伤程度的圆柱形的轻阻尼梁结构进行了数值分析和实验研究,应用数值计算方法和实验确定的特征向量和特征频率对长细结构裂缝参数进行识别计算．本文在研究过程中编制了一个创新性的预测程序,通过其一次性生成目标函数图来选择合适的初始参数,从而对识别结果进行分析．研究结果表明,应用本文提出的识别方法,裂缝位置的识别误差可以控制在0.05 %~0.28 %范围内,裂缝深度识别误差低于7 %．     

基于转角模态和小波神经网络的连续梁损伤识别研究

基于小波奇异性检测原理和神经网络非线性映射能力,结合结构基本模态参数,提出了一种结合小波神经网络与结构转角模态的损伤识别方法．首先,建立三跨连续梁的有限元模型获取结构模态参数,并对其进行Mexihat小波变换,通过系数图突变点判断结构损伤位置．然后,将小波系数模特征向量作为BP神经网络的输入,分别研究了该方法在单损伤和多损伤工况下的识别能力．最后将不同工况下神经网络预测值与结构实际损伤程度进行对比,得到单处损伤预测误差平均值为0.22%,多处损伤预测误差平均值分别为0.22%和0.18%,结果表明该方法在结构损伤识别方面的有较高有效性及精确度．     

自由湍射流多尺度湍涡结构标度律的实验研究

利用后向接收式激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）对自由湍射流进行了测量,我们对采集到的充分发展的湍流信号先求其１－ ８阶的结构函数及其标度指数,结果验证了Ｋｏｌｍ ｏｇｏｒｏｖ提出的标度律理论． 然后用子波变换将自由湍流脉动速度分解为多尺度湍涡结构, 研究每一个尺度湍涡速度的结构函数的标度律及其与湍涡速度的自相关函数的关系．     

基于遗传算法和梯度算法压电层合结构的最优形状控制

基于压电层合结构的有限元方程,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电耦合有限元分析程序(MPFEMP).以该程序为计算基础,采用遗传算法和一阶梯度优化算法,以压电片尺寸为设计变量,以压电层合梁和板的预期位移或最小重量为目标函数,给定初始变量和适应度函数,通过循环迭代MPFEMP计算程序,研究了多点控制的压电层合梁板结构的形状最优控制.结论对比分析证明了两种优化方法分析压电层合结构的有效性,同时,对复杂多层智能结构的最优形状控制和主动控制研究具有一定的参考价值.     

基于节点构形度的自由曲面网壳结构形态优化研究

为获得形式自由且受力性能合理的自由曲面单层网壳结构形态,以单位力作用下的位移响应作为结构连接性能的衡量参数,同时为保证结构曲面的光顺性引入NURBS技术,基于考虑荷载作用的结构节点构形度评价指标,提出了相应的自由曲面结构形态优化方法。将结构控制点的坐标作为优化变量,节点构形度最小值的最大化作为优化目标,综合结构总用钢量、最大节点位移和构件长细比等约束条件,采用遗传算法对结构的曲面形态进行优化。结果表明,节点构形度可以准确反映节点的连接性能,采用遗传优化算法优化结构的曲面形态,可获得杆件以受轴压为主的结构形态,受力模式得到有效改善,受力合理,保证了结构极限承载力及其安全性。