基于分片传递函数法的声振耦合

强耦合条件下,复杂系统的有限元分析受到自由度的影响计算成本高昂。虽然模态叠加技术能减少耦合系统的自由度,但基于忽略不同子系统间高阶模态和低阶模态耦合作用的假设,若使用非耦合模态可能导致收敛性差。基于无阻尼声振耦合方程,本文采用分片传递函数法(Patch transfer function method,PTFM)将耦合面处理成一系列独立的分片,每个分片上所属单元节点值的平均值定义为分片传递函数,通过使用连续性关系计算耦合系统的分片传递函数。将耦合矩阵的求逆简化为源点到响应点的传递函数,可以快速计算耦合系统响应值。分别利用直接耦合法(Direct coupling method,DCM)和分片传递函数法计算板和空气声腔耦合模型,验证分片传递函数法的有效性,并讨论了分片传递函数的算法原理和计算误差。

时变动力学Legendre级数解的Duhamel积分改进算法

时变系统受迫振动的响应计算理论仍不完善,数值解法不能准确反映振动响应的解析性。利用Legendre多项式逼近法(Legendre polynomial approximation method, LPAM)可以得到时变系统响应的连续近似函数解,但该方法的计算效率较低。将时不变系统的时域响应求解理论移植到时变系统,基于线性系统的叠加原理提出基于Duhamel积分的改进Legendre级数算法,利用Dirac函数的Legendre多项式近似和Duhamel积分求解时变系统的响应。通过一个一阶非齐次变系数常微分方程组说明改进算法的有效性。设计刚度阻尼均线性变化和非线性变化的单自由度系统仿真算例,对比利用该方法得到的瞬态激励和简谐激励下系统位移响应和四阶Runge-Kutta数值法计算结果,说明了改进算法敛散性问题和计算速度的提升。

结构破损定位的单元模态应变能变化率法

提出了结构单元模态应变能的概念，并导出了基于单元模态应变能变化率的结构破损位置的诊断方法。该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为输入信息。算例的数值结果表明，该方法简便、有效。

由模态应变能法诊断结构破损的实验研究

提出了基于单元模态应变能变化的结构破损诊断方法，该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为诊断信息．实验研究表明，用有噪声影响的不完整测试模态振型数据时，此方法仍能得到较好的破损诊断结果，并且方法简便，便于实际应用．

基于模态应变能诊断结构破损的修正方法

针对单元模态应变能法诊断结构破损时由于模态截断引起的计算误差等问题 ,改进了求解系统特征向量导数的典型模态法 ,提出了仅用部分低阶模态来确定结构破损位置和大小的修正方法 。

由试验模态数据检测结构破损的位置和大小

提出了一种用有噪声影响的不完整振型和频率来检测结构破损的方法。先由局部频率变化率的概念诊断出结构的破损位置，然后用灵敏度分析法确定破损的大小。整个过程分测试振型的扩充、结构破损的定位和破损大小的确定三部分。文中用GARTEUR结构对多种破坏情况进行了仿真研究。结果表明，该方法能简便有效地同时诊断结构中的单个或多个破坏情况。

基于小波方法的时变动力系统参数识别

针对离散时变动力学系统,运用Daubechies小波对其激励和系统响应信号作小波变换,将变换后的响应和激励代入微分方程,利用Daubechies小波尺度函数的正交性,将微分方程转换成简单的代数方程组,求解方程组,从而识别出时变系统的物理参数。推导了单自由度和多自由度线性时变系统的参数识别方程,介绍了小波系数的计算方法,阐述了系统时变参数的识别思路。通过对系统参数连续、周期和突变3种时变情况进行仿真研究,证明了方法的正确性和有效性。

基于有限多个测点信息的结构破损诊断研究

测试振型不完整是阻碍结构破损诊断技术发展的重要原因 ,本文以结构各自由度所含破损信息的大小为条件 ,根据灵敏度分析方法提出了结构测点数目和位置的优化方法 ,确保了有限多个测点能获取足够的结构破损信息 ,从而避免了测试振型扩充的困难 ,同时基于有限多个传感器测点信息提出了结构破损定位的诊断方法 ,算例研究表明该方法结构破损定位效果好 ,算法简单 ,应用方便。

动力涡轮叶片的静动特性分析

本文采用有限元方法，分析了DQ－23燃气涡轮起动机动力涡轮叶片的固有特性，以及叶片在离心力载荷作用下的应力分布情况，通过计算分析找出了涡轮叶片断裂故障的主要原因，为该型起动机涡轮叶片的设计改进和安全使用规范的制定提供了理论依据。

由有限多个传感器测点诊断结构破损位置的试验研究

提出了结构动态试验传感器测点位置的优化方法 ,发展了基于有限多个传感器测点信息的结构破损定位方法。该方法以结构各自由度的破损信息为条件 ,通过优化方法从结构的全部自由度中去掉那些所含结构破损信息很少的自由度 ,得到了有限个传感器测点的数目和位置 ,并且运用灵敏度分析和相关性分析方法 ,建立了直接利用不完整的实测模态振型诊断结构破损位置的破损定位方法 ,解决了测试振型不完整给结构破损诊断带来的困难。空间桁架结构破损诊断的实验研究表明 ,该方法能成功地诊断出结构单个或多个破损的位置。

圆钢管混凝土K型焊接管板节点试验研究和有限元分析

以组成K型焊接管板节点的塔柱径厚比γ、腹杆与塔柱管径比β和壁厚比τ,节点板厚度与腹杆壁厚比t_g/t_i为参数,对4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点和1个空心圆钢管K型焊接管板节点进行试验,研究该类型节点的破坏模式、承载能力以及节点区的受力特点,并采用有限元方法分析各参数对圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能的影响规律。研究结果表明:随着所取参数的变化,圆钢管混凝土K型焊接管板节点存在腹杆失效和节点板失效2种破坏模式;而空心圆钢管K型焊接管板节点的破坏模式为塔柱管壁过度塑性变形失效。说明钢管中混凝土的填充改变了节点的受力特点和破坏模式,有利于材料承载能力的充分发挥。节点板厚度与腹杆壁厚比t_g/t_i是影响圆钢管混凝土K型焊接管板节点破坏模式和极限承载力的关键因素。在实际工程中,为避免出现节点失效,t_g/t_i的取值宜大于2。

利用加速度响应连续小波变换的时变系统物理参数识别

基于小波理论,推导了函数积分运算的连续小波变换计算方法,应用此方法仅用线性时变结构的振动加速度响应信号,就可计算出速度和位移响应信号的连续小波变换值,并将振动微分方程组转换成用小波表示的线性方程组,求解不同时刻的线性代数方程组识别出时变结构的物理参数(质量、刚度和阻尼)。以5自由度时变结构为仿真算例,利用添加噪声的采集信号,识别了突变、线性变化和周期变化3种不同类型的时变物理参数,算例验证了识别方法的正确性、有效性和抗噪声能力。最后还研究了多尺度分析对参数识别的影响,给出了尺度参数区间选取和离散的依据。

风力发电机塔架K型相贯节点静力性能试验研究

对4个钢管混凝土风力发电机塔架K型相贯节点进行了单调静力加载试验,同时进行了1个钢管K型相贯节点的对比试验.研究了这两种相贯节点的破坏机理和破坏特征、节点进入塑性后的变形发展过程以及相贯线附近的复杂应力状态和分布规律.试验结果表明:由于混凝土的存在,钢管混凝土相贯节点的失效模式与空钢管相贯节点完全不同,钢管混凝土节点发生了受压腹杆的局部屈曲和整体弯曲,塔柱管壁没有明显塑性变形;而空钢管节点的失效模式为塔柱钢管表面塑性失效.两种节点在相贯线附近的应力分布也不相同,钢管混凝土相贯节点在受拉腹杆接头处鞍点位置的应力最为集中,远超过钢材的屈服强度,其他测点处仍处于弹性受力阶段;空钢管相贯节点在相贯线附近的测点均屈服,应力峰值在冠点附近.本次试验结论可为钢管混凝土K形焊接相贯节点的设计提供参考.

基于小波状态空间法的时变结构瞬时频率识别

提出了一种识别线性时变结构瞬时频率的方法。先将二阶振动微分方程改写为一阶状态方程;再利用Daubechies小波尺度函数,对结构的自由响应信号进行投影,并基于尺度函数的正交性,将状态方程解耦为线性代数方程组;最后求解方程组确定等效的系统转移矩阵,通过特征值分解识别出系统的瞬时频率。以悬臂梁和三自由度密集模态结构为仿真算例,识别了突变、周期变化和线性变化三种情况下的结构瞬时频率,从而验证了该方法的正确性和有效性。

基于加速度响应连续小波变换的线性时变结构瞬时频率识别

推导了函数积分运算的连续小波变换计算方法。借助此法,假设线性时变结构的质量系数为时不变常数,或者其随时间变化的规律已被经验掌握,仅利用线性时变结构自由振动的加速度响应信号,就可以计算出速度响应和位移响应信号的连续小波变换值。将一小段时刻点的线性代数方程组构造成最小二乘问题,求解最小二乘解识别出结构的时变阻尼和时变刚度,从而确定时变结构的瞬时频率。通过对5层剪切梁楼房模型和3自由度密集模态时变结构瞬时频率的识别,验证了识别方法的正确性、有效性和抗噪声能力。

基于小波有限元的移动荷载识别

小波有限元桥梁模型以区间B样条小波尺度函数为插值函数,构造了小波有限元梁单元,并通过单元转换矩阵建立了小波空间与物理空间各参数之间的关系;代表车载的移动力则投影到小波空间,从而建立基于小波的车桥系统相互作用模型。采用动态规划技术与T ikhonov正则化方法识别移动力,避免了直接处理反问题时的两端振荡与数值计算病态解等问题。仿真算例表明,与传统有限元模型相比,在相同条件下,小波有限元模型以较少的单元,在相似的识别时间内可获得相似的移动力识别精度。

基于自由响应数据的时变系统物理参数识别

提出了一种基于自由响应信号识别时变系统物理参数的子空间方法。该方法以任意组合的位移、速度、加速度响应信号为测量信息,通过对仅利用一组响应信号组成的H anke l矩阵做奇异值分解,识别出等效状态的系统矩阵,然后运用推导出来的通用时变系统的转换矩阵,将等效状态系统矩阵转换成为实际物理状态下的系统矩阵,从而识别出实际系统的刚度、阻尼矩阵。以二自由度弹簧-质量-阻尼模型为算例,研究了突变、线性变化和周期变化三种变化形式下物理参数的识别,并讨论了不同信噪比下噪声对识别结果的影响,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性。

状态空间下基于小波变换的时变系统参数识别

基于状态空间和小波理论提出了时变系统的参数识别方法。该方法将线性时变系统的二阶振动微分方程转化为状态空间里的一阶微分方程组,再对系统的自由响应数据进行小波变换,利用小波尺度函数的正交性,又将一阶微分方程组的求解转化为线性代数方程组的求解问题。识别出等效的系统转移矩阵,再利用特征值分解,可以得到系统的模态参数,然后将等效的系统转移矩阵与实际物理模型中的质量、刚度和阻尼矩阵对照,识别出系统的刚度和阻尼矩阵。以4层楼房剪切模型为例,对突变、线性变化和周期变化3种情形下的时变参数进行了识别,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性。

基于随机激励响应的时变系统物理参数子空间识别方法研究

该文提出了一种基于任意组合的DVA(displacement,velocity and acceleration)及输入激励识别时变系统物理参数的子空间方法。该方法以任意组合的位移、速度、加速度(DVA)随机响应信号为测量信息,仅利用一组输入、输出信号组成Hankel矩阵,通过奇异值分解的方法识别出等效状态的系统矩阵,然后运用推导出来的通用时变系统的转换矩阵,将等效状态系统矩阵转换成为实际物理状态下的系统矩阵,从而识别出实际系统的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。以二自由度弹簧-质量-阻尼模型为算例,研究了突变、线性变化和周期变化三种变化形式下物理参数的识别,并讨论了不同噪信比下噪声对识别结果的影响,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性。

圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明:塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。