多尺度动态边界逼近分析方法研究及试验验证

基于动力平衡方程和有限元思想,提出求解局部振动问题的多尺度动态边界逼近分析方法:首先建立较大尺度整体有限元模型并计算,进而针对所关注区域进行细化处理,利用目标区域在较大尺度模型中的动力响应作为边界条件,通过精度递进和反复迭代,最终完成精细模型的动力响应求解.在阐明分析流程和理论推导的基础上,以简支钢梁为例,对所提方法的有效性进行了模型试验验证,并探讨了细化过程中合理单元尺寸比的选取范围.研究表明,该方法精细化计算结果与试验测试结果相吻合,多次逼近分析迭代后结果稳定性较好.在计算成本较小的递进分析中,所提方法可应用于大跨度铁路钢桥整体节点和正交异性钢箱梁等复杂结构体系的局部振动问题.     

连铸机结晶器振动机构动力学

本文以某钢厂连铸机结晶器振动机构为研究对象,通过建立集中参数混合系统动力学分析模型,采用QR方法对系统模态参数—固有频率及振型作了数值求解计算,并采用系统仿真方法计算了机构的振动响应。为确保分析结果的准确性,利用有限元结构分析程序SAP6,通过建立机构动力有限元模型,对系统的模态参数作了进一步的分析计算。本文分析计算结果将为某钢厂现有连铸机结晶器振动频率的提高及设计新的高频振动机构提供重要依据。     

公路简支梁桥在车辆荷载作用下的动力响应分析

把车辆和桥梁看作两个分离的子系统,分别应用d’Alembert原理和有限元法建立它们的振动微分方程,通过两个子系统之间的位移协调条件和相互作用力相等的原则将车辆和桥梁的振动微分方程耦合起来.利用有限元软件ansys的二次开发APDL语言编写了求解车桥耦合系统振动微分方程的命令流,以路面随机不平顺为激振源,进行了车桥耦合系统动力响应的计算,研究了路面不平顺及车辆参数对桥梁动力响应的影响.计算结果表明,路面等级、车速、车辆悬架刚度、车辆悬架阻尼对桥梁结构动力响应的影响明显;车重、轮胎阻尼、轮胎刚度的影响次之.     

LQR算法对粘弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于粘弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法,通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论：本文方法是相对简单的;所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,该方法的控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性;利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。     

线性二次型调节器算法对黏弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于黏弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法。通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论。方法相对简单,所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性。利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。     

基于动力的石拱桥有限元模型修正

利用大型通用软件ANSYS,以国道319线苏家坡桥为例阐述基于动力的加固前后石拱桥有限元模型建立及模型修正的过程.首先介绍加固前后苏家坡桥的环境振动试验与模态参数识别,然后介绍加固前的石拱桥有限元建模及基于动力的模型修正过程,最后介绍加固后该桥的有限元模型修正.结果表明,加固前后的有限元模型计算和实测动力特性能够吻合良好,所建立的有限元模型可以用于桥梁的静动力计算.     

桥梁抗震设计实用建模方法比较分析

地震作用下桥梁结构响应结果的准确性很大程度上依赖于其建立的有限元模型.以一座三跨规则连续梁为例,系统地总结和研究了进行桥梁抗震设计时不同构件和边界条件的模拟方法,并采用3种方法分别建立了集中参数模型、简化模型和精细化模型,在输入相同的地震波后进行非线性时程分析,并对其响应结果进行比较.分析结果表明:采用前两种简化模型计算的结果误差很大,且较难反映支座、横向挡块和伸缩缝等构件的非线性响应;采用精细化模型计算的结果能更准确地反映桥梁结构的多种非线性响应,更好地适用于基于性能的桥梁抗震设计.     

Spatial dynamic response of hinge joint voided slab bridge due to moving vehicles

以实际工程为背景,运用ANSYS软件建立铰接板梁桥有限元分析的空间模型,分析桥梁的动力特性,获得桥梁的动力分析模型,并编制车桥相互作用的求解程序,求解汽车荷载作用下桥梁的空间动力响应,采用此法能较全面地描述车桥相互作用情况.铰接板桥振动具有空间特性,横向间各板块共同参与工作,按梁模型计算结果明显偏小,这是不安全的.按桥梁空间模型求解桥梁动力响应,所得结果与实测结果相近.算例表明本方法适合于对此类型的桥梁进行动力响应分析.     

基于Workbench的齿轮啮合振动分析

齿轮的振动能快速、全面地反映其运转状态,有限元法能更为准确模拟轮齿啮合过程,求解啮合刚度进而研究其振动响应。联合利用Hypermesh和Workbench对啮合齿轮模型进行有限元仿真,得出齿轮啮合时变刚度。利用MATLAB求解齿轮系统动力学模型得到动力学响应。通过机械式封闭功率流试验台对仿真结果进行试验验证。试验结果表明仿真分析得到的结果与试验结果基本相符。利用有限元方法求解啮合刚度进而研究振动响应有更高的可靠性和准确性,为齿轮振动的研究及改善提供方法参考。     

基于Matlab-Midas的车辆-大跨度连续刚构桥竖向振动特性

为了研究车辆-大跨度连续刚构桥竖向振动特性,根据蠕滑理论并结合Matlab软件快速求出轮轨力,将模拟的轮轨力输入到用Midas建立的桥梁有限元分析模型中,求解出桥梁的竖向振动响应.仿真结果表明,采用于Matlab-Midas模型求解车桥系统竖向振动特性的方法具有较高的可行性和便捷性.以某大跨度连续刚构桥为例,选取和谐号CRH1,CRH2,CRH3,CH4型电力动车组,分析了4种不同型号电力动力车组的竖向动力响应,结果显示CRH4型的竖向位移动力响应大于其他3种类型,但是4种车型总的变化趋势一致.     

考虑叠片效应的变压器铁心多场仿真模型研究

为了提高电力变压器铁心噪声预估的准确性,通过修正铁心的动力学参数,利用能量法分配等效磁致伸缩力载荷,建立电磁-结构-声场耦合的仿真计算模型。应用有限元方法求解了三相三柱变压器铁心在空载条件下的磁通密度分布、表面振动速度分布以及声场分布,对比实验测量与铁心模型仿真结果,发现修正后的铁心模型噪声仿真结果与实验吻合度更高;该数值计算模型为预估变压器铁心振动噪声提供了更为准确的分析手段。     

样条有限点法分析旋转变截面Euler梁弯曲自由振动问题

基于Euler-Bernoulli梁理论,采用样条有限点法建立旋转变截面梁弯曲振动分析新模型.通过沿梁轴线均匀布置一定数量的样条节点对变截面梁样条离散化,采用三次B样条函数对变截面梁的位移场进行插值.考虑截面尺寸变化和旋转离心刚化效应的影响,基于Hamilton原理推导出旋转变截面梁计算模型的总刚度和总质量矩阵表达式,编制程序对旋转变截面梁动力特性进行分析,并建立ANSYS有限元模型进行比较验证.结果表明:本文解答与文献和有限元解答吻合良好,本文模型具有计算精度好、建模效率高、边界条件简单和程序编制方便的优点,可适用于不同边界约束、截面变化率、截面变化类型、旋转角速度和轮毂半径条件下的旋转变截面梁的弯曲自由振动问题.参数分析表明截面变化率和旋转角速度对旋转变截面梁动力特性有重要影响.     

航空发动机模拟机匣混合仿真与振动特性分析

为实现高效率、高精度的航空发动机模拟机匣的动力学建模和振动特性分析,利用LMS Virtual Lab混合仿真软件,建立了基于试验模型与有限元模型的模拟机匣混合模型。在此基础上,进行了基于混合模型的模拟机匣模态计算与分析。为了验证使用混合模型进行模拟机匣振动特性分析的准确性,对模拟机匣进行了模态试验。将混合模型计算结果和模拟机匣的模态试验结果进行对比。结果表明除振型一致外,各阶模态频率接近,误差不超过1.5%。由此说明建立的模拟机匣混合模型能较好地反映实际结构的振动特性。基于LMS Virtual Lab的混合仿真方法可靠、有效,可用于工程上大型复杂结构振动特性的计算与分析。     

共固化补片预修补铝板的阻尼和疲劳寿命研究

制备了黏弹阻尼层共固化复合材料补片,对固支的薄铝板应力集中区域进行预修补,利用基于频域的半功率带宽法测试了修补前后的结构阻尼比.建立有限元模型,采用滞后阻尼的假定计算了组合结构的等效阻尼比,对比实验值验证了该模型.采用基于功率谱密度的频域分析方法估算了结构随机振动疲劳寿命.考察了阻尼层厚度、补片长度和纤维层层数对结构等效阻尼比和随机振动疲劳寿命的影响.研究结果表明制备的黏弹阻尼层共固化复合材料补片可以提高薄壁结构的阻尼效果,并可以提高修补件的振动疲劳寿命.     

复合型超声马达纵向振动建模

针对采用一维理论模型在研究复合型超声马达振动特性时分析结果出现误差的情况,设计一种新型双定子复合型超声马达;利用马达的对称性建立了定子纵向振动分析物理模型;将定子纵向与横向振动的动能同时引入Hamilton方程,推导了考虑马达横向振动效应的定子纵向振动分析微分方程与动力边界条件;运用Maple软件对定子运动微分方程进行求解,获得了定子纵向振动固有频率;采用有限元模型与一维理论模型时定子的纵向振动固有频率进行对比计算,并对马达原型机的固有频率进行测定.研究结果表明:所建模型比一维理论模型具有更高的分析精度;分析结果与实验值及有限元计算值吻合.     

城市交通高架轨道振动衰减的快速预报

摘要：
为研究城市交通高架轨道振动衰减规律,建立有限元振动分析模型,计算了不同高架结构参数情况下振动沿高架结构及地面的衰减情况,分析了结构尺寸及材料参数对振动衰减的影响规律,并根据有限元计算结果提出了结构振动传递损失的快速预报公式.为验证公式的有效性,对某高架轨道交通周边的振动情况进行了实测,实测值与预估值变化趋势一致,误差在可接受范围内.结果表明,高架结构尺寸及桩的深度对振动传递损失影响较小;快速预报公式对高架轨道交通振动快速预报及其环境振动的控制有一定的工程指导意义.
关键词：
中图分类号： 文献标志码： A     

遗传算法的平板建筑结构瞬态隔振性能边界条件优化方法

基于遗传算法及平板建筑构件瞬态振动响应时域有限元模型,提出一种提高平板建筑构件瞬态隔振性能的边界条件优化方法.有限元模型可模拟任意弹性边界条件下平板结构的瞬态振动响应,并在此基础上引入遗传算法,以边界条件为优化变量、瞬态振动响应最小化为优化目标,对边界参数进行最优解搜索,最大程度提升平板建筑构件对已知瞬态激励的隔振性能.实例结果表明:运用所提优化方法可以在不改变平板自身参数(材质、尺寸、厚度)前提下,通过边界条件的优化设计,有效提升平板建筑构件的瞬态隔振性能.     

基于等效刚度的输电杆塔简化方法研究

本文提出了一种基于等效刚度的输电线路杆塔简化等效方法,并利用算例验证了该方法的正确性。基于ABAQUS有限元软件,采用本文提出的简化等效方法、精细化杆梁混合模型以及传统固定约束等效方法分别模拟研究了典型大刚度直线塔和小刚度耐张塔在舞动条件下的动态响应。模拟结果表明：对于刚度较大的输电杆塔,三种等效方法模拟得到的舞动垂直位移、水平位移、扭转角度和振动频率结果十分接近,误差不超过3.3%;而对于刚度较小的输电杆塔,本文提出的等效方法与精细化杆梁混合模型研究获得舞动幅值、振动频率同样十分接近,最大误差不超过10%,而传统的固定约束方法的扭转角度最大误差达到60.58%。因此,本文提出的等效刚度方法能准确有效反映出杆塔对导线振动特征的影响,可用于各种动载条件下导线动态响应特征的快速简化研究。     

斜拉桥动力特性分析

有限元模型对桥梁质量和刚度分布模拟是否准确,直接影响桥梁的动力分析结果.本文对斜拉桥的索、桥塔、主梁等结构的已有建模方法进行了探讨和评述.针对斜拉桥特点,采用三维梁单元、板壳单元、杆单元等建立大桥的有限元空间分析模型,进行结构动力特性分析.将计算结果与实桥脉动测试结果进行比较,结果显示与实测结果相当吻合,进一步验证了模型的有效性,同时也为大桥进一步进行链康监测的研究提供了依据.     

榫连接结构叶片盘振动特性研究及验证

针对航空发动机榫连接结构叶片盘振动特性分析时,采用一体化处理建模方法导致计算精度降低的问题,开展了榫连接结构叶片盘振动特性研究.提出了一种考虑榫连接刚度的叶片盘建模方法,以燃气涡轮叶片盘对象,采用上述方法完成了考虑榫连接刚度的燃气涡轮叶片盘建模,在此基础上进行了叶片盘振动分析并开展了动应力试验验证.结果表明:采用考虑榫连接刚度的叶片盘模型得到的叶片共振转速计算精度在6％以内,相比于榫连接结构一体化的叶片盘模型,得到的共振转速计算精度提高50％.研究工作可为航空发动机叶片盘振动设计提供指导.