钢铝结构连接耦合损耗因子计算方法研究

统计能量法已广泛用于解决高频振动与噪声问题,耦合损耗因子是其关键参数之一。研究基于统计能量法、有限元法和功率输入法,提出一种钢铝连接耦合损耗因子数值计算方法,并运用MATLAB编写了计算软件。通过对含过渡接头的T型连接结构进行数值和实验研究,验证了该法的可靠性。这对提高钢铝混合结构的噪声预报精度及指导其结构声学设计具有重要意义。     

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EI北大核心CSCD

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。     

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。     

基于ERA的统计能量分析参数确定方法

统计能量分析（SEA）是解决复杂结构高频动力学问题的有效方法,正确估计统计能量分析参数则是利用该方法得到可靠分析结果的关键。论文基于特征系统实现算法(ERA)提出一种确定统计能量分析参数的方法,首先应用ERA辨识统计能量分析系统的最小阶功率流模型,然后利用辨识模型的特征对修正初始统计能量分析模型,进而得到较精确、可靠的参数。三子系统SEA模型的仿真结果验证了利用该方法得到的统计能量分析参数的正确性,而且在一定测量噪声干扰下仍能保持较好的精度。最后,对铝蜂窝夹层结构小卫星的SEA模型进行了仿真,进一步验证了算法可应用于复杂结构的统计能量分析参数识别。     

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。     

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。     

蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法

提出蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法。采用三明治夹芯板理论建立铝蜂窝夹层结构的初始有限元模型,其中芯层等效弹性参数由均匀化方法计算。据芯层结构及相对灵敏度分析选存在不确定性且对动态特性敏感性较大的面外剪切模量及面板厚度为待识别参数。对6块铝蜂窝复合材料板进行自由-自由边界条件下动态试验,获得试验模态参数的均值及标准差。据试验结果采用所提方法识别铝蜂窝夹层板不确定性参数。结果表明,对存在不确定性参数的铝蜂窝夹层复合材料用该方法能准确识别铝蜂窝夹层板不确定参数的均值及标准差。并建立具有准确统计意义的动力学模型。     

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。     

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。     

水下冲击波作用的铝合金蜂窝夹层板动力学响应研究

为研究铝合金蜂窝夹层板水下爆炸冲击波载荷作用的动态响应及抗冲击性能,利用非药式水下爆炸冲击波加载装置对气背固支5A06铝合金夹层板及具有相同面密度的单层板进行水下冲击波加载试验。利用高速相机结合三维数字散斑技术(DIC)对夹层板后面板动态响应进行实时测量,获得夹层板气背面受水下冲击波作用的动态响应历程及变形毁伤模式,比较分析铝合金蜂窝夹层板抗冲击防护性能。结果表明,较相同面密度的单层板,蜂窝夹层板受水下冲击波载荷作用的芯层压缩能有效减少气背面板的塑性变形,提高夹层结构整体抗冲击性能。     

振动主动控制系统的统计能量分析

基于能量观点对振动主动控制系统进行了统计能量分析。首次推导出振动主动控制系统的统计能量关系式和耦合振子间耦合损耗因子的表达式,并通过实例研究了控制反馈系数对系统耦合损耗因子的影响,分析了阻尼对系统输入功率、子系统间传递功率流以及各子系统振动能量的影响。     

Kevlar短纤维增韧碳纤维/铝蜂窝夹芯板三点弯曲与面内压缩性能

介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

SPH evaluation of out-of-plane peak force transmitted during a hypervelocity impact

Smooth particle hydrodynamics (SPH) technique is applied to simulate a hypervelocity impact of an aluminum sphere on a simple aluminum target and on a honeycomb structure sandwich panel in order to provide a useful input to Finite Element Model or Statistical Energy Model on evaluating the vibration environment induced by the projectile on the target. The impact velocity range lays between 4 and 5 km/s. Different approaches have been analyzed. At first, the application of SPH technique for direct calculation of the vibration environment is described. Then the calculation of equivalent force impulse is evaluated. Two strategies have been applied: shear stress analysis and momentum calculation using drift velocity measurement. Momentum approach revealed to be the most convenient and reliable method. Results for an aluminum plate and a honeycomb sandwich panel are reported and compared to results of experiments and Finite Element Analysis.     

正交异性蜂窝夹层板的动力学分析

采用Reddy 高阶剪切理论对正交各向异性蜂窝夹层板进行了分层研究, 推导出蜂窝夹层板的动力学基本方程, 并且对正交各向异性单向蜂窝夹层板的自由振动进行了深入的研究, 给出了对边简支时的频率方程及振型函数, 同时分析了夹芯厚度及厚跨比对其频率的影响, 并与低阶剪切理论作了比较, 结果证明高阶理论较好。      

Dynamic behaviour of sandwich plates containing single/multiple debonding

Debonding is one of most severe defects associated with sandwich composite structures. The damage inflicted on debonding may lead to the significant degradation of the load carrying capacity of sandwich structures and affects their mechanical behaviours. Free vibration analyses of sandwich plates with honeycomb and PVC foam cores containing single/multiple debonding are carried out. Dynamic characteristics such as natural frequencies and corresponding mode shapes of sandwich plates with and without debonding are calculated using the commercial finite element code ABAQUS. Parametric studies over a wide range of size, location and number of debonding zones to examine the influence of these parameters on the overall dynamic behaviour of the damaged plates are performed. As a consequence, natural frequencies and mode shapes are being calculated as functions of these parameters that enable to draw conclusions concerning the debonding influence.     

利用子空间法识别统计能量分析参数

利用统计能量分析进行高频动力学环境响应预示的关键步骤之一是确定可靠的统计能量分析参数。该文研究了基于子空间的统计能量分析一阶功率流模型辨识和模型修正理论,基于多变量输出误差状态空间(MOESP)算法和约束优化思想,提出一种利用子空间法识别统计能量分析参数的新方法。通过算例对该方法进行了仿真验证,结果表明方法可行并具有较好的抗噪性能。最后,对L 型板结构进行了实验统计能量分析,比较了子空间方法和功率输入法结果,两者吻合很好,从而进一步验证了子空间方法的正确性。该文验证了利用瞬态时域数据进行统计能量分析模型修正和参数识别的可行性,也是对实验统计能量分析的补充和发展。     

高速列车夹芯地板结构隔声特性研究

采用传递矩阵法,建立高速列车内地板的声学特性分析模型,探索不同三明治夹芯板材料和结构对高速列车内地板隔声特性的影响,并根据内地板结构的传递损失评价具有不同参数的三明治夹芯板的隔声性能。通过不同的表层材质（木材、铝材、钢材）、厚度和蜂窝夹层密度,进行了内地板隔声量变化规律的分析和比较。探寻拟定隔声性能优越的三明治夹芯板材料类型和结构型式。结果表明,（1）表层夹板厚度一定,钢材作为表层材料,内地板隔声量最好,其次是铝材,最后是木材;（2）表层厚度影响,木材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～1.5 dB。铝材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～3 dB。钢材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～5 dB;（3）蜂窝板密度降低一半,内地板隔声量有增加趋势,但影响较小。