均匀湍流诱发的侧斜螺旋桨的随机振动特性研究

根据湍流统计理论和随机振动理论,研究了一个弹性侧斜桨-轴系统的振动响应。首先将螺旋桨沿半径方向划分为许多条带,通过相关分析法计算了均匀湍流作用在螺旋桨面上的非定常力谱,得到压力谱的空间分布;然后把条带压力谱映射到每个条带的点上,根据随机振动理论求解系统的弹性振动响应,并与刚性桨的计算结果进行对比;最后通过改变系统动力学参数,分析弹性、阻尼等因素对螺旋桨随机振动响应的影响。结果表明,轴系材料越软,桨叶材料越刚硬,湍流引起的随机振动响应越小;增加系统的阻尼可以明显降低系统固有频率附近的响应。为进一步研究螺旋桨的减振降噪打下基础。     

平稳随机振动响应的实数域虚拟激励法

针对时不变平稳系统,建议了计算线性随机振动响应功率谱密度的一种实数域虚拟激励算法。基本原理是根据哈特莱变换与傅里叶变换变换关系构造系统的实数型虚拟激励和实数型系统函数,计算结构的实数型虚拟振动响应,由实数型虚拟激励和虚拟响应计算结果确定系统随机振动响应的功率谱密度。研究结果表明,建议的方法可以方便地处理随机激励间的相关性和相干性,与传统的复数型虚拟激励法相比较,只需确定实数型虚拟激励和在频域计算实数型虚拟响应,就能精确算出结构随机振动响应的功率谱密度,计算形式比较简单和可行。     

不同支撑形式的梁在地震作用下的随机响应分析

基于随机振动理论,建立了梁结构在随机地震动作用下的振动方程。将地震地面运动考虑为随机过程,利用地震响应谱方法,推导了结构在随机地震动作用下最大位移响应的计算过程。以某简支梁和悬臂梁为例,推导了其位移功率谱密度函数、峰值位移功率谱密度函数及最大位移反应的功率谱密度函数。     

结构随机振动分析的等效激励法

提出了结构随机振动分析的等效激励法,基于结构所受随机荷载的功率谱密度构造了等效激励荷载,以此作为该结构的确定性荷载输入,采用常规的结构动力分析方法计算出结构的响应,然后对响应进行Fourier分解,求得单个虚拟激励对应的响应,再进一步求出结构响应的功率谱密度。分析了单点激励下非平稳随机响应的问题,讨论了非线性系统随机响应情况。     

一种基于白噪声响应的随机载荷谱识别方法

基于频域内随机振动响应与载荷的关系,根据对结构控制点随机振动响应谱的预设,提出一种新的随机载荷谱简便识别方法。首先计算结构在白噪声载荷谱下,结构控制点处的响应功率谱,即系统的频响函数;然后将控制点的期望输出响应谱与控制点在白噪声载荷谱下的响应谱相比,进而得到相应的随机载荷谱。应用上述方法,借助于有限元仿真软件在设定控制点输出加速度响应谱为梯形谱的条件下,对某典型舱段结构进行基础加速度载荷谱逆向识别与正向检验,证明方法的有效性与准确性。     

包装件中易损零件对随机振动环境的响应

简要地论述了随机振动的基本概念和振动量的均方值。根据实验得出的功率谱密度曲线，应用简谐振动理论求解易损零件对随机振动环境的响应，用简捷方法，导出了由激励到响应的功率谱密度公式和均值公式。为分析包装件的随机振动提供了简单而又科学的方法。     

三自由度半正定系统随机振动仿真与试验研究

目的研究三自由度半正定系统在随机振动条件下的加速度动态响应以及加速度功率谱密度。方法以运输包装中常见的三自由度半正定系统为原型,建立了三自由度半正定系统的质量-弹簧-阻尼系统。依据美国ASTM-D4728随机振动标准,利用Matlab/Simulink仿真平台,建立仿真模型,并输入模型参数,得到了三自由度半正定系统随机振动下的动态响应。基于相同试验标准进行试验,对比分析试验结果与仿真结果的差异。结果在低频段内(小于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数达到0.983,加速度功率谱密度值最大处仅相差8.8%。在高频段内(大于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数只达到0.745,加速度功率谱密度值最大处相差13.1%。结论利用Matlab/Simulink仿真平台分析包装系统的低频随机振动是一种简单可行的方法,一定程度上可以作为随机振动试验的代替手段。     

随机振动功率谱再现自适应控制算法研究

为提高电液随机振动实验的控制精度,提出了一种基于Kalman滤波器的随机振动功率谱再现实时自适应控制方法。基于参考谱的信息设计FIR滤波器,通过对白噪声信号的滤波生成时域驱动信号。采用Kalman自适应滤波器实时跟踪振动实验系统的阻抗特性,并基于自适应逆控制方法对系统的输入信号进行滤波修正,使得系统的响应信号能够高精度再现时域驱动信号,进而实现参考谱的高精度再现。功率谱再现实验验证了算法的有效性。     

某结构件的随机振动疲劳分析

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析。结合模态试验修正了有限元模型,由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

多维非平稳随机地震响应分析的快速算法

在一维虚拟激励法的基础上，通过激励功率谱的分解，建立了多维非平稳地震激励作用下结构随机响应的虚拟激励法。通过理论推导证明了该法具有与经典随机振动理论的精确解相同的精度，但在计算速度上比经典随机振动理论快得多，为结构地震响应的随机振动分析提供了有效的工具。     

反拱形水垫塘底板上举力特性的试验研究

以实际工程高拱坝水垫塘底板稳定性研究为背景,阐述了反拱形水垫塘底板上举力的成因,建立了考虑板块下表面压力沿缝隙传递的失稳区板块专门水力学模型测量板块的上举力,在模型试验结果的基础上,分析了底板上举力的分布规律。给出的最大上举力经验公式,可用于工程设计中反拱结构的水动力荷载计算。     

模糊随机桁架结构的非平稳随机振动分析

利用一种新的双因子法研究了模糊随机桁架结构的非平稳随机振动问题。同时考虑结构物理参数和几何尺寸的模糊随机性,首先从时域上推导出了位移响应的模糊随机相关函数矩阵;进而得出了位移和应力响应在频域上的模糊随机均方值,并用随机变量的矩法得到了结构响应均方值模糊随机变量的模糊数字特征。最后用算例验证了该方法的可行性。     

A direct probabilistic method to solve state equations under random excitation

In random vibration problems, the statistical characteristics of the response, such as the mean value, correlation and variance, are often interested in by people. This paper is concerned with the statistic property of structural dynamic response under uncertain loads which are considered random processes. These random processes can either be stationary or non-stationary. A more accurate method named the direct probabilistic approach (DPA) is presented, which is proposed providing an alternative to the conventional time, frequency domain methods and the state space theory in a random vibration field. In this study, the response’s statistical characteristics can be directly obtained from the statistical characteristics and the initial condition of the corresponding external loads. Finally, two examples are given to compare the DPA method with the conventional method. Good agreement is found, which strongly validates the proposed method.     

随机参数结构最优控制的闭环响应分析

在模态坐标下对结构降阶进行最优控制,用近似离散化的方法得到结构闭环响应的近似解来代替精确解。考虑结构中物理参数和几何参数的随机性,将这些随机参数用随机因子来表示。在此基础上,利用求解随机变量函数矩的方法,导出了在最优控制的作用下,随机结构位移闭环响应的均值和方差的计算表达式。通过算例考察了结构各个参数的随机性对闭环响应的影响,经与Monte Carlo数值模拟法结果比较,验证了文中理论分析和计算方法的正确性。     

新型巨-子结构消能控制体系的动力特性及减震性能研究

基于旋转惯容阻尼器(Rotation Inertia Damper,RID)具有实际物理质量小,且能提供较大阻尼力的特点,提出将RID应用到巨型结构体系,形成RID-巨-子结构消能控制体系。通过建立RID-巨-子结构消能控制体系的振动微分方程,分析RID参数(等效质量和等效阻尼系数)对系统动力特性的影响规律。在此基础上,从结构时程响应及随机响应两个方面研究该新型巨-子结构消能控制体系的减震性能。研究结果表明:RID参数会对系统的自振频率和阻尼比产生不同的影响。RID-巨-子结构消能控制体系相对于巨-子结构抗震体系而言,能有效地减小结构体系在地震激励下响应。所得研究成果可为巨型结构体系的减震设计提供建议。     

模糊随机桁架结构在模糊随机激励下的动力响应

研究了模糊随机参数桁架结构在模糊随机荷载激励下的复合模糊随机振动动力响应的问题。同时考虑结构的物理参数、几何尺寸和外载荷幅值的模糊随机性,从Duham e l积分式出发,利用振型迭加法求出了结构动力响应模糊随机变量的表达式;再由随机函数的矩法推导出结构模糊随机动力响应的模糊数字特征。最后,通过算例考察了结构参数和作用荷载的模糊随机性对结构动力响应的影响,并用M on te C arlo数值法对算例进行模拟,验证了文中模型和分析方法是可行有效的。     

随机激励作用下硬涂层薄板振动有限元分析及减振预估

硬涂层减振是一项新兴的阻尼减振技术,硬涂层复合结构在随机激励载荷作用下的振动特性建模与分析方法还未开展研究.将有限元建模方法和虚拟激励法(pseudo excitation method,PEM)相结合,实现了随机激励作用下硬涂层悬臂薄板结构振动建模及减振性能预估.首先,基于等效单层法创建了双面涂敷硬涂层的薄板结构振动...     

基于解析模式分解的密集工作模态参数识别

长大跨度的桥梁结构或者高层建筑的工作环境振动响应中经常包含密集的模态成分,并会出现模态叠混现象,而传统的信号分析方法往往难以识别结构的密集模态参数。提出一种基于解析模式分解理论与随机减量技术相结合的方法识别环境激励下的结构密集模态参数。对于工作环境激励下的结构振动响应,通过随机减量技术可以提取结构的自由振动响应,利用解析模式分解方法对具有密集模态的自由振动响应进行有效的分解,对每一阶自由振动响应利用最小二乘拟合方法识别出频率与阻尼比。通过两层框架的数值模拟以及对密集频率的密集程度指数和信号时程长度等参数分析,其结果表明通过随机减量技术提取的自由振动响应可以有效的减少模态叠混的影响,虽然提取的自由振动响应的时程长度比实际的信号时程要短,然而解析模式分解仍然能够十分有效的对短时程具有密集模态成分的信号进行有效的分解。最后,通过对一具有密集模态的36层框架的数值模拟,以及对一具有密集模态的3层框架的振动台实验,验证该方法可以有效的识别出环境激励下的结构密集模态参数。     

任意随机激励下结构随机振动分析的一种数值方法

应用复化Cotes数值积分方法改进精细积分方法,建立一种新的高效的精细积分方法：C-PTSIM,并基于有限元理论讨论了此方法在任意随机激励下线性结构随机动力响应的应用。采用复化Cotes积分方法计算结构动力响应状态方程一般解的积分项,推导出随机激励下结构动力响应的显式表达式,利用一阶矩和二阶矩运算规律计算结构响应的均值和方差。C-PTSIM方法避免了精细积分过程中系数矩阵求逆问题,有效改善了精细积分在时间步长内载荷线性化假设带来的误差,在不改变时间步长时采用高次数复化积分时获得与更精细步长时同样精度的结果,表明该方法对时间步长的弱敏感性,并能节省大量的计算时间。基于此方法给出结构随机振动响应分析算例,并与其他方法对比,说明了该方法的高效率和高精度。     

弹性螺旋桨-轴系建模及振动特性的解析方法研究

为考虑螺旋桨自身弹性对桨-轴系统振动特性的影响,建立了一套基于Timoshenko梁理论的解析方法。将螺旋桨、轴系均用Timoshenko梁建模,结合桨叶与轴系连接处的协调条件及其边界条件,给出系统横向、纵向自由振动的控制方程;在同有限元结果对比表明本方法具有良好精度基础上,分析了桨叶弹性对系统模态的影响及桨-轴系统的力传递特性。研究表明:桨-轴系统的模态振型中螺旋桨叶片和轴系的弹性变形同时发生且相互影响,叶片弯曲模态会加剧轴系振动;作用于桨叶的激励引起的桨-轴系统轴承处的纵向传递力被桨叶弯曲和轴系纵振两阶模态显著放大,而横向传递力主要由桨叶及轴系的弯曲模态控制。