热环境下长宽比对L型折板统计能量分析参数的影响研究

基于有限元法和计及热效应的功率输入法,以各边简支的L型折板为研究对象,研究常温和高温环境下长宽比对其统计能量分析参数影响。开展雨流载荷作用下的仿真分析验证统计能量参数获取方法的准确性,开展高温环境下长宽比对模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子的影响研究。结果表明:常温环境下长宽比对结构的内损耗因子及耦合损耗因子影响不大;高温环境下长宽比的增加使得结构的耦合损耗因子呈现出先升高后降低的趋势,但对内损耗因子影响不大;两种环境下模态密度均随长宽比的增加而增加。     

非均匀热载荷对统计能量分析参数的影响

基于有限元法和计及热效应的功率输入法,以各边简支L型折板为研究对象,开展非均匀热载荷对其统计能量分析参数的影响研究。开展雨流载荷作用下的仿真分析验证统计能量参数获取方法的准确性,研究非均匀热载荷中平均温度和非均匀程度对结构模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子的影响。结果表明:在不同非均匀程度、相同平均温度热载荷作用下,热载荷非均匀程度的增加使得其模态密度下降,同时导致L型折板结构内损耗因子和耦合损耗因子的下降;热载荷平均温度的增加使得热载荷的非均匀分布对L型折板结构统计能量分析参数的影响逐渐增大。     

材料物性热效应对统计能量分析参数的影响

高温环境会引起系统的统计能量分析参数发生变化,原因之一是温度改变了材料物性。为建立计及材料物性热效应的统计能量分析模型,有必要先研究材料物性热效应对统计能量分析参数的影响。针对四周简支的L形折板结构,在一板上施加雨流载荷(rain-on-the-roof),计及材料物性热效应,基于能量流模型分析得到子结构不同温度下对应于特定模态群的载荷的平均输入功率及各子系统的平均振动能量,再基于PIM理论分析得到由内损耗因子、耦合损耗因子与频带中心频率的乘积定义的参数:内损耗系数、耦合损耗系数。研究结果表明:整体模态密度、雨流载荷的平均输入功率与板材面内弹模随温度的变化趋势相反;内损耗系数、耦合损耗系数与板材面内弹模随温度的变化趋势相同。     

机床电主轴多结构耦合损耗因子的试验研究

机床电主轴的精细化动力学建模是确保其高速高精且平稳运行的理论基础。电主轴结构复杂,而采用统计能量分析原理可以实现对复杂系统动力学模型的求解。针对统计能量分析研究模型中的关键参数,以耦合损耗因子为研究对象,建立了多结构的内损耗因子、总损耗因子、能量比及耦合损耗因子的试验理论模型;依据瞬态衰减法测试并通过数据处理获得了耦合子系统内损耗因子和总损耗因子,利用均值导纳法获取耦合子系统能量比,根据瞬态能量平衡方程计算了耦合损耗因子;通过与理论分析对比,验证了提出的瞬态激励试验实现耦合损耗因子的测量分析方法是正确的。该方法可实现快速高效的获取复杂动力学系统的耦合损耗因子。     

基于Hilbert变换的结构内损耗因子测试研究

统计能量分析法（SEA）被广泛用在中高频段预测复杂结构的振动和噪声传递，运用该方法解决实际问题的关键是获得每个子系统的模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子，其中内损耗因子是表征子系统消耗能量能力的参数。为了测量结构在任意频率范围内的平均内损耗因子，运用Hilbert变换得到响应信号的包络线函数，得到各频段的衰减曲线，可以求得结构的平均内损耗因子。依据上述原理，采用瞬态衰减法测量一块钢板的内损耗因子，实验结果表明，测量结果与真实值一致性较好。     

经典参数在多结构耦合系统统计能量分析中的应用

直接和间接耦合损耗因子是用统计能量分析方法研究多结构耦合系统振动响应的关键参数，也是急待解决的问题之一。本文提出了用经典统计能量分析参数计算多结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子的方法。其优点是利用经典统计能量分析已取得的成果解决了多子结构耦合系统的问题。文中首先推导了经典的双子结构耦合系统的耦合损耗因子和结构参数的关系，然后研究了多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子与结构参数的关系，最后推导得到多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子和经典统计能量分析中的耦合损耗因子的关系。以三子结构耦合系统为例进行了实验测量，直接、间接耦合损耗因子和结构振动响应的实验测量值与理论预测结果吻合较好。     

经典参数在我结构耦合系统统计能量分析中的应用

直接和间接耦合损耗因子是用统计能量分析方法研究多结构耦合系统振动响应的关键参数，也是急待解决的问题之一。本文提出了用经典统计能量分析参数计算多结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子的方法。其优点是利用经典统计能量分析已取得的橡胶敢多子结构耦合系统的问题。文中首先推导了经典的双子结构耦合系统的耦合损耗因子和结构参数的关系，然后研究了多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子与结构参数的关系，最后推导得到     

列车白车身损耗因子试验研究

对7m长高铁车厢白车身划分子系统,根据能量平衡方程确立子系统总损耗因子、内损耗因子和耦合损耗因子的关系,通过测量总损耗因子和能量比可以直接计算内损耗因子和耦合损耗因子。为了准确测量总损耗因子,计算中采用Hilbert变换求瞬态信号对数衰减率的方法,其创新点在于不需要测量输入功率就可以得到完整方程并获得统计能量分析参数。内损耗因子和耦合损耗因子的计算结果可以为建立车厢能量统计模型提供数据参考。     

基于统计能量分析原理的声振耦合模型全局灵敏度分析

为探究统计能量参数不确定性对声振响应结果不确定性的影响规律,采用傅里叶幅值灵敏度检验法对三子系统统计能量声振模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明:共振耦合损耗因子宽频带内的主要影响参数;非共振耦合损耗因子仅在低频段存在一定影响力;吻合效应改变临界频率下各参数对输出函数不确定性的影响程度。该方法及结论可用于鉴别声振响应结果不确定性的来源和不同参数的贡献情况,为基于统计能量分析原理的减振降噪设计提供参考。     

基于DFM/FEM铝蜂窝夹层结构耦合损耗因子预测

在使用统计能量分析对复杂的蜂窝夹层结构进行高频动力学响应预示的关键环节之一在于准确估算耦合损耗因子。本文研究应用对偶模态/有限元法（DFM/FEM）估算铝蜂窝夹层结构之间的耦合损耗因子,通过算例对该方法进行仿真验证,结果表明,该方法可行且高效准确。最后对L型耦合铝蜂窝夹层板结构进行振动实验,并使用功率输入法辨识试件间的耦合损耗因子,比较功率输入和和对偶模态/有限元法结果,两者一致性好,进一步验证了对偶模态/有限元法估算铝蜂窝夹层板系统耦合损耗因子的可行性,扩展了统计能量分析在复杂结构上的应用。     

1.8D涡轮增压内燃机辐射噪声的理论和实验研究

本文根据统计能量分析理论,建立缸体、油盘和齿轮箱组成发动机系统的能量平衡方程式。籍助于牺牲多余试验信息消除式中模态密度项,解得系统的损耗因子和耦合损耗因子,并通过对1.8D涡轮增压内燃机的实验研究,预估发动机和缸体、油盘、齿轮箱的辐射噪声;同时改换油盘材料和刚度研究其对辐射噪声的影响。     

基于统计能量法的变速箱振动特性研究

应用统计能量分析方法对变速箱结构进行高频振动特性的分析。通过有限元计算得到1/3倍频程频带内的模态数目,确定适合统计能量分析的频率范围。研究复杂结构等效质量的试验方法,测量得到两个子系统的等效质量、内损耗因子和耦合损耗因子。结合测量结果,在VA One中建立统计能量分析模型,计算得到随机激励力作用下的振动响应,并与试验测量结果进行对比,验证结果表明所建模型是正确且有效的。运用所建立的变速箱SEA模型计算在实际工作激励下的振动响应。结果表明统计能量分析方法可以有效地对复杂结构的高频振动特性进行分析。     

应用统计能量法对系统瞬态响应的研究

用统计能量法研究了脉冲激励下两自由度系统的瞬态响应，得出了响应的峰值能量和上升时间的解析式，并对其进行了数值分析。研究表明：减小振子间的耦合刚度和增大振子的内损耗因子，能够有效减小响应的峰值能量；通过增大内损耗因子和耦合刚度，可以减小振子之间的能量交换。这些结论与传统方法给出的结果一致，而瞬态统计能量法比传统方法更为简洁。     

基于区间摄动法的不确定结构高频动响应预示

统计能量分析是目前航空航天、汽车、船舶和核能等领域解决高频段振动及噪声问题的有效方法之一。考虑稳态统计能量分析模型中损耗因子和外载荷的不确定性,将带有测量误差的内损耗因子和耦合损耗因子等参数以区间变量形式表示。提出基于区间摄动方法的不确定结构高频段动响应预示方法,给出每个统计能量分析子系统总能量区间的计算步骤及方法,揭示损耗因子和外载荷测量误差对稳态响应预示结果的影响规律,通过对两块复合板结构的实验验证了理论的合理性和有效性。     

基于SEA的空间光学遥感器冲击响应预测

为了对空间光学遥感器进行冲击响应预测,提出了一种基于统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)原理的新方法;基于稳态SEA推导了瞬态SEA的能量流平衡方程,结合虚拟模态综合与仿真方法(Virtual Mode Synthesis and Simulation,VMSS)和SEA方法进行空间光学遥感器的冲击响应预测;首先根据SEA原理,建立了典型空间光学遥感器的简化SEA模型,采用理论计算和试验测试的方法,得到了该模型各子系统的模态密度、内损耗因子、耦合损耗因子;在火工品附近安装冲击加速度传感器,点火起爆,测得冲击加速度时域曲线,以该测试数据为分析模型的输入,基于SEA方法进行冲击响应分析,得到反射镜子系统、遮光罩子系统、载荷板子系统的冲击响应谱曲线,该曲线与试验数据比对表明,在低频段由于模态密度较低,预测精度较差,在高频段其一致性小于4d B,从而验证了该方法在结构高频冲击响应预测的有效性。     

滚动轴承支承的齿轮传动轴-板耦合结构功率流传递特性研究

针对影响机械设备整机工作性能的齿轮箱系统动态特性,通过对齿轮箱系统振动噪声的产生机理及传递路径分析,建立轴系传动系统中典型组合结构—板-滚动轴承-齿轮轴-滚动轴承-板耦合系统的动力学模型,并应用子结构导纳法推导计算通过滚动轴承传递到箱板振动功率流的模态解。考虑到模态解的模态密集性,据统计能量分析原理,研究齿轮轴-滚动轴承-板耦合结构的耦合损耗因子的估算方法,统计能量分析与模态解的结果显示,吻合性较好。对振动能量通过滚动轴承传递的特性及影响因素进行研究分析,为齿轮箱系统减振降噪设计提供理论依据。     

非保守耦合系统中耦合元损耗能量的分配关系

本文应用统计能量分析,研究了在非保守耦合系统中耦合元件损耗的能量在各耦合子系统中的分配关系;给出了各耦合子系统的等效内损耗因子和被激子系统的总损耗因子的计算公式;应用这些公式,可以将非保守耦合系统转化为保守耦合系统来研究,简化了研究问题的复杂性。     

基于2.5维有限元法的有限长波导结构模态密度计算EI北大核心CSCD

模态密度是衡量振动系统贮存能量大小的物理量,同时也是统计能量分析子系统的主要参数之一,其精度能够直接影响系统响应预测的精度;群速度为结构波能量的传播速度,是表征结构波动特性的重要参数。针对工程中常见的波导结构,基于2.5维有限元法计算结构的频散曲线,利用波形置信度概念对频散曲线对应的特征波进行分类,同时给出波导结构特征波群速度的表达式。从波动角度出发,推导了有限长波导结构总的模态密度和不同特征波模态密度的计算公式。以单板和高速列车用铝型材为例,对其波动特性和模态密度进行分析和计算。研究结果表明,随着频率增加,该方法计算得到的模态密度和其他方法吻合较好。在结构的截止频率处,群速度为零,模态密度无穷大,但在有限频带内的平均模态密度为有限值;结构的某些截止频率附近,群速度和模态密度可能会存在负值,意味着结构波的传播方向和能量的传播方向相反。通过对特征波的识别,可实现不同特征波下的模态密度计算。相关结果可为统计能量分析中相似模态群子系统的划分提供参考依据。     

不可分离结构的损耗因子测量研究

提出对不可分离结构内损耗因子和耦合损耗因子的测量方法。对于内损耗因子测量，针对实际工程中子结构不可分离的问题，提出了用总损耗因子代替内损耗因子的方法。对于耦合损耗因子测量，利用已测得的内损耗因子结合稳态振动实验测得的能量可计算出结构间耦合损耗因子。同时分析了耦合损耗因子大小对总损耗因子代替内损耗因子差值的影响。仿真结果表明，当耦合损耗因子远小于内损耗因子时，内损耗因子和总损耗因子近似相等。对双圆柱壳耦合结构进行了实验验证，实验结果证明了该方法的正确性。     

材料和结构参数对悬壁梁式压电振子机电耦合性能的影响

对材料和结构参数对压电和基板不等长的矩形截面悬臂梁式双晶压电振子机电耦合性能影响进行研究。由Hamilton原理推导了压电振子振动方程模型,并试验验证了模型的准确性。理论分析显示,当电路阻抗匹配时,转换效率最大,且当粘性阻尼系数相同时,最优转换效率随着机电耦合系数增大而增大。压电振子机电耦合系数和压电材料机电耦合因子成正比;随着压电与基板模量比增大,机电耦合系数增大;压电与基板密度比对机电耦合系数影响微弱;机电耦合系数随压电与基板长度比和厚度比都呈先增后减趋势,存在最优长度比和厚度比使机电耦合系数达到最大值。结构优化后的机电耦合系数随模量比的增加而增大;不同模量比和密度比条件下,最佳长度比变化较小,总体变化范围为0.6~0.7;模量比对最佳厚度比影响显著,随着模量比增大最佳厚度比减小。研究成果可用以指导压电振子的设计。