频域子结构方法再推导及环境预示应用研究

目的 利用频域子结构方法实现复杂结构系统随机振动环境的高效准确预示。方法 基于Sherman-Morrison-Woodbury公式,对考虑弹性连接的频域子结构方法进行重新推导,解决现有方法应用场景受弹性连接系统位移阻抗矩阵奇异性限制的问题。进一步,通过推导复杂结构系统的位移频响函数与加速度传递函数之间的转换关系,形成基于频域子结构方法的随机振动环境预示方法。结果 设计了“模拟实验室随机振动试验”的仿真算例,并分别利用有限元软件和文中方法对仿真算例的随机振动环境进行了仿真预示和计算预示,2种方法的预示结果一致。结论 提出了一种基于频域子结构方法的随机振动环境预示方法,为复杂结构系统的环境预示提供了一种新思路。

基于刚柔耦合的HXN3司机室隔振系统多维度频率响应分析

针对HXN3型内燃机车出现的司机室振动较大问题,展开司机室隔振结构隔振性能分析。通过进行HXN3机车司机室振动试验,明确柴油机-发电机组作为振源的激励特性和振动传递特性。建立将司机室视为弹性体的多维度隔振结构动力学模型,计算该多维度(multi-dimension)隔振结构关键位置的频率响应函数。进一步分析HXN3机车司机室隔振结构对于柴油机-发电机组高频激励的隔离效果。

电力电容器噪声辐射比的实验测量方法研究

电力电容器是高压直流换流站中噪声源之一,如不很好地治理,它产生的噪声对社会环境会造成危害。因此,研究电容器噪声辐射比的实验测量方法,可以通过辐射比直接计算电容器的噪声,为电容器噪声估算提供依据。实验室中,电容器辐射比常用的测量方法为表面振速法。本文首先在半消声室内建立了电容器噪声辐射比的测试系统,在正弦扫频激励下,分别用表面振速法、振声频响函数法(FRF)测量电容器噪声辐射指数曲线。并在几个单频正弦激励下,根据测量的电容器不同表面噪声辐射指数曲线,计算出电容器表面噪声值,再将计算噪声值与实测噪声值进行对比,验证了振声频响函数法的准确性。

基于逆子结构法的振源耦合虚拟传递路径分析

针对现有传递路径分析(TPA)方法的局限性,根据基于频响函数的逆子结构法,提出一种振源耦合状态下的虚拟传递路径分析方法,并建立了该方法的具体流程.将这方法用于一个模拟动力总成和车身的有限元模型,通过逆子结构法识别振源耦合状态下的子结构及连接件的动态特性,结合子结构综合法合成系统传递函数,实现路径贡献量分析并找到了对系统响应峰值占主要贡献量的传递路径和影响最大的子结构传递函数,验证了该方法准确可行和工程应用简便的特点.

轻型卡车驾驶室悬置系统优化匹配设计

为了解决某轻型卡车驾驶室在62 km/h左右时存在比较严重的振动,对乘坐舒适性影响较大的问题,对该车型驾驶室悬置进行了匹配优化.采用频响函数方法,利用LMS Test-Lab测试系统对驾驶室质心、转动惯量等惯性参数进行了识别,并用称重法对所获得的质心数据进行了验证.在所获惯性参数基础上,采用遗传算法,在Matlab软件中编写优化程序,对驾驶室悬置3向刚度进行了优化.试制样件并装车进行了路试.实验结果表明:悬置系统优化后的驾驶室在该速度下振动加速度幅值被消减了32%,振动情况得到了明显改善.

基于频响函数灵敏度分析的鱼雷模型有限元模型修正

引入试验和有限元模型的频响函数形状和幅值相关系数,推导了频响函数相关系数的灵敏度分析方程,建立了鱼雷模型的结构有限元模型,利用少量试验数据,对初始有限元模型的壳体厚度、弹性模量等参数进行修正,修正后的频响函数相关系数明显提高。鱼雷模型的模态试验结果表明,有限元模型修正后的固有频率计算与试验结果的相对误差小于1.5%,为鱼雷模型振动传递、水下声辐射预报的准确性奠定了基础。

基于频响函数法的固定结合部参数辨识研究

针对频响函数法在辨识固定结合部参数时由于实验噪声引起的不适定问题,提出对结合部模型中各参数单独分析、单独辨识的方法。利用频响函数法建立固定结合部模型,辨识模型参数时先通过遗传算法寻优得到的结合部参数作为初值,仅改变其中某一参数的大小对整体结构进行模态分析,确定该参数在每一阶模态处的灵敏度。在最灵敏的模态处辨识该参数,以此类推辨识出所有结合部参数。仿真与实验结果表明,采用该方法辨识的结合部参数所预测的整体结构的频响函数曲线与实验测试的频响函数曲线的一致性较好,结合部参数辨识结果具有较高的精度。

频响函数二次正交法在Davenport风速谱下结构系列响应简明封闭解的应用研究

针对Davenport风速谱激励下结构响应表达式复杂的问题,提出了结构频响函数二次正交法,并首次给出随机风振系列响应(绝对位移和层间位移)的方差和谱矩的简明封闭解。综合运用复模态法和虚拟激励法将结构的系列响应的频响函数二次正交化,并基于随机振动理论获得了结构系列响应方差、0-2阶谱矩和风振绝对加速度方差的简明封闭解。运用该方法分析一10层建筑结构的风振响应并与虚拟激励法进行对比,研究表明该方法为封闭解法且表达式简洁,并可用于验证虚拟激励法的精度。由于频响函数的二次正交化必须采用复模态法对结构体系进行解耦,故该方法也适用非经典阻尼结构基于Davenport谱的响应分析。

基于频响函数的稳健有限元模型修正

传统的基于频响函数(frequency response function,简称FRF)的模型修正方法在测试噪声较大、初始分析频响与测试频响残差较大、待修正参数较多等情况下不易收敛,为此提出了一种采用移频技术的极大似然估计有限元模型修正方法。首先,利用“先验”的频响函数方差信息,构造极大似然估计器,迭代求得最优的待修正参数估计;其次,在迭代方程中引入移频方法,采用总体最小二乘平差方法计算方程的解,以提高参数识别的收敛性和稳定性;最后,根据频率点的筛选准则剔除数据,采用一种高精度的频响扩充方法以减小扩充所带来的额外误差。列车转向架构架仿真算例和三角机翼飞机测试模型的修正结果表明,该方法抗噪性较强,在复杂情况下仍可以得到较好的修正结果。

基于多复域的频响函数灵敏度分析

频响函数灵敏度分析被广泛应用于结构模型修正、损伤识别及振动控制等领域。考虑结构频率响应中已存在虚部,该研究提出了一种基于多复域的频响函数灵敏度分析方法。首先,构造设计参数所在的复域,并在该复域上对设计参数进行虚部摄动。然后,将多复域上的运动控制方程与灵敏度分析方程扩展为实数矩阵表达,实现频率响应与设计参数所在复域的解耦,从而同步求解结构的频响函数及对应的灵敏度。最后,以多自由度弹簧质量系统与GARTEUR桁架结构为研究对象进行数值仿真分析,验证多复域频响函数灵敏度分析方法的正确性。结果表明,相较于传统的实数域有限差分法,多复域方法具有更高的分析精度,且所提方法对参数摄动量减小引起的误差不敏感,该方法能够为复杂结构的频响函数灵敏度分析提供更加准确的结果。

大型有限元模型频响快速修正方法

针对传统的基于频响的模型修正算法在计算规模较大时效率较低的问题,提出一种基于缩减基的有限元模型修正方法:将系统的位移表示为模态综合缩减基或模态振型缩减基的线性叠加,把自然坐标映射至缩减坐标下,使得修正过程均在缩减坐标上进行;并在缩减坐标上引入移频方法实现频响修正,改善了修正参数的收敛速度;采用了一种精度较高的分段频响扩充方法,减小扩充过程带来的额外误差。与基于缩聚的方法对比,基于缩减基的方法在计算效率和精度上更具优越性。GARTEUR飞机仿真算例和转向架试验的修正结果表明:该方法修正精度较高,性能稳健,有限元模型规模较大时可高效地得到良好的修正结果。

非黏滞阻尼系统频响函数灵敏度分析的改进计算方法

频响函数灵敏度分析是实现频域梯度优化算法的基础。随着各类高阻尼复合材料的广泛应用,黏性阻尼模型假设已不能准确描述其耗能特性。卷积型非黏滞阻尼模型的阻尼力与质点速度的时间历程相关,能够更准确地描述黏弹性材料的阻尼特性。利用复模态叠加法和直接微分法推导出不考虑高阶模态影响的频响函数灵敏度表达式;基于非黏滞阻尼系统矩阵与模态间的关系,提出适用于非黏滞阻尼系统频响函数灵敏度求解的一阶近似法和二阶近似法;通过数值算例验证了提出方法的有效性和准确性。结果表明,与传统方法相比,该改进的计算方法兼顾了计算精度和效率,为实现具有高阻尼性能复合材料结构的动力分析奠定了基础。

Modal parameter determination and chatter prediction for blade whirling: a comparative study based on symmetric and asymmetric FRF

Whirling has been adopted for the cost-effective machining of blade-shape components in addition to traditional end milling and flank milling processes.To satisfy the requirements of rotary forming in the blade whirling process,the workpiece must be clamped at both ends in suspension and rotated slowly during machining,which complicates the dynamics.This study aims to identify the dynamic characteristics within the blade whirling operation and present strategies for stability prediction.In this study,the dynamic characteristics of a whirling system are modeled by assuming symmetric and asymmetric parameters.Theoretical prediction frequency response function(FRF)results are compared with experimental results.Moreover,semi-discretization stability lobe diagrams(SLDs)obtained using the dynamic parameters of these models are investigated experimentally.The results show that the asymmetric model is more suitable for describing the whirling system,whereas the symmetric model presents limitations associated with the frequency range and location of measuring points.Finally,a set of airfoil propeller blade whirling operations is conducted to verify the prediction accuracy.