弹性-粘弹性复合结构的Krylov子空间模型降阶方法

针对弹性-粘弹性复合结构的动力学模型降阶问题，提出用Krylov子空间作为投影子空间进行模型减缩的方法。首先介绍了二阶时不变动力学模型的Krylov子空间的定义，并证明了经Krylov子空间方法降阶得到的模型具有与原模型的部分低频矩量相等的特性。然后给出了计算Krylov向量的算法。最后以一表面部分粘贴约束阻尼结构的正交异性悬臂板为例，分别用Krylov子空间方法和迭代动力缩聚法进行了模型降阶，并对原模型和降阶模型进行了频率响应分析，结果表明，采用Krylov子空间降阶后的模型能较好地保持原模型的动力学特性且降阶幅度大。     

基于物理降阶模型的桁架结构振动主动控制

该文针对大型挠性桁架结构的振动抑制问题,采用基于变形修正的物理降阶方法对大规模桁架精细有限元模型进行降阶,在此基础上设计线性二次高斯(LQG)最优控制律并完成初始脉冲力作用下的闭环系统仿真。通过与内平衡降阶方法的比较,说明基于物理降阶模型具有更高的计算效率。并且针对闭环数值仿真结果计算了以上两种不同降阶方法的控制效率,结果表明:在相同控制力的情况下,基于物理降阶模型设计的最优控制律对桁架结构的振动抑制效果更明显。     

降阶模型及其在大跨度屋盖结构风振中的应用研究

该文建立了一种适用于气弹系统中非线性结构的降阶模型及系统识别方法,并首次将结构降阶模型应用到大跨度屋盖风振结构模型的建立中。非线性结构采用降阶模型并通过高精度有限元模型的非线性系统识别来建立,该模型在结构的模态坐标中将应变能泛函表示为结构模态振幅的多项式函数,该多项式的系数由高精度有限元模型计算所得的模态和应变能信息确定。该方法对一大跨度屋盖的风振响应做了分析,计算结果与采用高精度模型所得结果和实验结果及用ANSYS计算结果进行了比较,结果符合良好。该文的结构降阶模型对于建立非线性结构模型是准确有效的。     

连接局部迟滞非线性的时频域动力学降阶方法

针对连接结构时域和频域的非线性振动问题,提出一种基于局部非线性转化的动力学降阶方法。采用Newmark法和多谐波平衡法分别将时域和频域的非线性动力学方程转化为非线性代数方程组,将整体结构的非线性动力学响应降阶到仅与连接非线性相关的自由度上进行求解,通过减小迭代过程中Jacobian矩阵的维数来提高计算效率。采用Iwan模型描述连接界面的局部迟滞非线性,利用三自由度质量弹簧振子和连接梁结构研究非线性动力学分析方法的计算精度和效率。结果表明,本文建立的降阶方法预测的非线性动力学响应与现有的未降价方法吻合较好,提出的非线性动力学降阶方法能够有效地减少迭代过程的计算耗费,提高计算效率,时域方法约提高30%,频域方法提高近70倍。     

风力机叶片流固耦合计算的降阶模型研究

针对风力机叶片流固耦合计算复杂,耗时量大的局限性,建立了一种风力机叶片的弱耦合计算降阶模型。采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法建立流固耦合计算中空气流体方程的降阶模型,利用POD方法将流体控制方程的速度和压力等未知量进行基模态分解并用一小部分空间模态表示,对流体方程进行时间离散,在既有缩减空间上采用Galerkin投影方法获得流体控制方程的最小残差投影,构造流体方程的最小残差降阶模型。再将流体降阶模型与风力机叶片进行流固耦合计算。将该降阶模型应用于经典NREL V风力机叶片的流固耦合计算中,对比了该降阶模型和经典Galerkin法的时间离散系数;计算得到了风力机叶片的受力和变形变化特征,并与CFD结果进行了对比,结果表明了该降阶模型的正确性和有效性。最后对比了该降阶模型和全阶模型的计算效率,结果表明降阶模型的计算效率有较大幅度提高,节约了大量机时。提出的降阶模型是正确有效的,达到了准确高效进行风力机叶片流固耦合计算的目的。     

基于梁理论的复杂梁式结构低阶频率快速求解方法

工程计算中常遇到纵向尺度显著大于横向的复杂梁式结构,基于此类大型复杂结构的精细有限元模型建立一个能够预测结构动力性能、实现复杂结构的快速动力分析和优化的近似降阶模型,成为这类结构设计工作者一直关心的问题。该文提出一种基于梁平截面假设和梁位移插值函数的动力模型降阶方法,建立了具有明确物理意义的降阶模型。利用降阶模型计算得到的模态向量是原结构特征向量的高精度近似,基于一次瑞利-里茨逆迭代获得了原结构高精度的低阶频率,并且与Krylov子空间法进行了对比。具体算例表明了降阶方法的有效性。     

基于模态价值分析的结构动力学模型降阶

针对小阻尼和无阻尼结构，提出了一种模态价值分析方法，用于在模态坐标下的动力学模型降阶问题。在得到系统动力学方程的基础上，首先进行模态分析，然后由模态参数和系统的输入输出矩阵计算各模态的价值，最后选择若干价值最大的模态向量形成变换矩阵对系统进行降阶。通过两个算例说明本文方法是对通常选择低频模态的降阶方法的改进，提高了低阶模型的精度。     

组合结构动态特性的实验分析

目的 分析组合结构结合部的动态特性。方法 应用试验模态分析法分析组合结构结合部的传递函数，并用有限元模态分析法对组合结构进行计算分析。结果 确定了结合部的动态特性，计算出组合结构的前五阶非刚体模态，结算结果满足工程要求。结论 所得出的实验结果和建立的组合结构模型基本正确。为下一步组合结构的优化和动力学匹配提供了依据。     

基于等几何分析的参数化曲梁结构非线性动力学降阶模型研究

模型降阶方法通过构造全阶模型的低阶近似模型有效提升了求解效率，同时也保留了原阶模型的主要信息从而保证了较高的计算精度。对于结构非线性以及参数化的模型降阶问题，常需要重复计算刚度矩阵等非线性以及参数依赖项，求解效率较低。此外，当参数化模型的几何形状改变时，往往需要重复进行CAD与有限元(FEA)模型的转换，这对于复杂结构较为耗时。等几何分析采用描述几何形状的非均匀有理B样条(NURBS)插值物理场，实现了CAD与FEA模型的统一，消除了两者之间繁琐的模型转换过程，其具有几何精确、高阶连续等优点，并且几何形状在细化过程中保持不变，非常适合于薄壁类结构的分析以及参数化表达。该研究结合等几何分析、特征正交分解(POD)以及离散经验插值方法(DEIM)研究参数化的平面曲梁结构的非线性动力学模型降阶问题。数值结果表明，基于等几何分析的POD-DEIM降阶模型能够显著提升平面曲梁结构的非线性动力学计算效率，并且该模型对于参数化以及变载荷等情形显示出了良好的适应性。     

加工中心立柱床身结合面动态特性研究及参数识别

本文针对加工中心立柱床身结合面,提出了一种适用于复杂模型的结合面参数识别方法。主要工作包括以下几部分: ⅰ)运用结合面元的方法建立了结合面动力学模型。ⅱ)应用有限元模型降阶修改法建立了立柱床身结构的低阶高精度动力学模型。ⅲ)提出了一种利用可测传递函数逆阵建立目标函数的方法,避免了共振峰附近机械阻抗矩阵病态的问题。ⅳ)在JCS—018加工中心立柱床身模型上,识别了刮/刮6～8点/cm~2在四种不同预紧力下结合面参数的数值。     

实验模态分析快速计算方法与应用研究

提出联合模型降阶和智能参数优化的方法实现实验模态分析的快速计算。在最小二乘复频域法中采用间接模型降阶法实现系统特征矩阵的降阶。将决定参数识别效率的特征矩阵进行参数化描述并应用遗传算法对优化模型参数进行全局优化和缩减。采用差异化综合策略重点对自由度进行分步优化和缩减。对重卡驾驶室白车身进行实验模态分析快速计算方法的应用并证明新方法对计算效率提高的有效性。该方法为实现连续不间断激励下系统结构动力学特征在线检测和诊断打下了坚实基础。     

基于模态试验的某火炮身管有限元模型修正

针对某火炮刚柔耦合发射动力学中柔性身管有限元模型精度低的问题,提出一种基于支持向量机响应面模型修正理论和模态试验的身管组件有限元模型修正方法。应用ANSYS有限元分析软件对某火炮身管与支架装配体进行模态分析,提取前6阶模态的固有频率和振型,为验证模型,设计了模态试验方案,实测了火炮身管与支架装配体的模态信息。基于有限元模型数据与实测数据的相对误差,采用支持向量机响应面模型修正方法对身管与支架装配体弹性模量和密度进行修正。MAC模型确认结果和动力学模型应用结果表明：修正后的身管组件有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映身管组件的结构特征,为射击精度分析提供了更加准确的模型基础。     

多柔体系统动力学建模中部件模态的选择

在多柔体系统动力学模型中,部件模态坐标的引入是导致模型高阶的主要原因．因此,降阶时主要着眼于减小用以表示部件弹性变形的部件模态数．基于部件约束模态建立多柔体系统动力学方程,通过对典型的柔性航天器系统的动力学研究,分析系统模态和部件模态之间的对应关系,利用模态价值分析准则和内平衡降阶准则进行模型降阶,根据得到的降阶系统的阶数,对部件进行模态选择,减小所选用的柔性部件模态数,建立降阶动力学方程．利用MATLAB进行动力学仿真,结果表明,通过部件模态的选择来建立降阶动力学方程是可行的．     

考虑阻尼影响的大型有限元模型迭代动态压缩法

针对具有阻尼的结构系统,该文提出了一种对其有限元模型进行降阶的新迭代动态压缩法。首先,建立结构的有限元模型,提取系统的质量阵、阻尼阵和刚度阵,并且按照主副自由度的顺序进行调整;然后,利用系统主自由度对应系数矩阵降阶前后的等价性,构建包含阻尼因素的系统减缩矩阵控制方程,并通过迭代求解获得满足要求的减缩矩阵;最后,利用该矩阵进行系统模型的降阶。在降阶过程中,系统矩阵顺序的调整比较简单,所用的线性转换矩阵推导也比较简便,并且系统质量阵、阻尼阵以及刚度阵有明确的表达形式。仿真结果表明:该技术对于有阻尼结构系统的有限元模型降阶是有效的。     

一种模态振型的直接扩阶方法

传统的模型缩阶及模态扩阶方法是以计算传递矩阵为手段.该文提出一种实测模态振型空间不完备问题的直接处理方法,即未测试自由度振型值的直接估计方法.通过引入一复合向量,该向量由对应于主自由度的实测振型值与对应于从自由度的待估算值组成.依靠实测模态及有限元模型信息对复合向量中未测试自由度的振型值进行重新估算,进而获得空间完备的模态振型.该文采用5 自由度的弹簧-质量体系验证方法的正确性;借助平面框架结构探讨新方法较传统方法在低阶模态振型估算精度上的优势.数值结果表明:所提出方法不需质量归一化条件以及实测模态与有限元振型的比例条件;同时,该方法较传统方法在低阶模态振型扩阶上具有更好的精度,并允许有限元模型具有一定的模型误差.     

车身板件对车内噪声的贡献量分析

讨论车身板件对车内空腔辐射噪声的贡献量分析.通过对声源强度和声学传递函数的乘积求和来进行某块板在目标位置声压贡献量的合成.利用互异法间接测量声学传递函数,通过截面面积和其法向加速度的乘积得到声源强度值.模拟计算前面试验边界条件建立的有限元模型,有限元计算结果和实测数据进行对比.     

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究

针对具体实物模型 ,采用微振子模型描述粘弹性材料的剪切模量随频率变化的特性 ,采用有限元方法进行分析 ,提出了一种全新的降阶方法 ,使得最后的降阶模型不仅维数远小于初始有限元模型 ,而且可观、可控 ,能直接用于控制器设计。采用模态实验验证有限元模型 ,在此基础上 ,设计出合适的控制器 ,进行实时控制实验研究 ,结果表明 ,控制效果明显     

某无人直升机机身框架动力学计算与试验研究

建立某无人直升机机身框架的动力学有限元模型,计算得到前六阶固有频率和振型,与模态试验结果相比较,误差小于3 %,验证了有限元模型的正确性,表明该有限元模型能准确地反映该无人直升机框架的结构动力学特性。有限元计算的机身框架固有频率值避开了旋翼、尾桨、发动机主通过频率值,满足动力学设计要求。这种有限元计算、试验验证以及模型修改相结合的动力学分析方法,能保证框架固有特性计算的精确,也为无人直升机其它结构的动力学建模提供借鉴。     

石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法及其数值实现

对石墨烯纳米复合材料进行三维有限元建模通常需极其精细的网格。在考虑塑性演变的情况下,细观代表性单元体模型的计算效率极其低下。为此,基于非均匀变换场分析理论,提出了石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法。首先,针对不同加载路径进行预分析,提取细观塑性应变场信息;然后对这些信息进行本征正交分解,从而得到若干个塑性模态,用作降阶模型的基函数;基于宏、细观耗散功的等效原理,导出降阶变量的本构模型。该方法的离线分析部分通过MATLAB编程实现。为了便于工程计算,在线分析部分则由商业有限元软件ABAQUS的UMAT用户子程序接口实现。基于三维算例分析,验证了所提方法的有效性。结果显示,在保证较高精度的前提下,针对三维代表性单元体计算的加速率可达103~104量级。      

利用径向基函数网络修正机枪有限元模型

在对机枪进行结构设计时,建立有限元模型并在此基础上进行动力学仿真,对了解其结构动态特性如何影响整个武器射击精度十分重要.提出了一种利用径向基函数网络进行机枪有限元模型修正的方法,将模型修正转化为正问题进行研究.根据实测模态数据对所建立的有限元模型进行修正,以径向基函数网络反映机枪结构参数与其动态特性之间的非线性映射关系,利用神经网络的泛化特性求解设计参数的目标值,不需迭代求解,并且避开了反问题面临的非线性优化计算.反演仿真数据代入的有限元模型计算结果与实测结果较为吻合,证明了该方法的有效性.