用自由度凝聚法确定曲轴的耦合刚度

提出了一种精确计算曲轴耦合刚度的方法．首先用三维有限元模型生成曲柄模型的整体刚度阵，然后分三步进行自由度凝聚：主自由度凝聚、铁木辛柯梁段九自由度凝聚、四自由度主坐标凝聚，最终求出半个曲柄的耦合刚度．用该方法对Ｂ＆Ｗ６Ｓ７０ＭＣ柴油机曲轴的耦合刚度进行了计算并对该机轴系的耦合振动响应进行了计算；与实测结果相比较，取得令人满意的结果．

起伏地表谱元逆时偏移方法

谱元法综合了有限元法边界适应性强和谱方法精度高、收敛快的优点。研发了一种基于谱元法的起伏地表逆时偏移方法,采用切比雪夫谱元法并结合隐式Newmark时间积分法求取波场传播算子,推导出波动方程切比雪夫谱元逆时偏移算法(CSE-RTM),该算法在空间上具有谱精度,在时间上达到二阶精度。同时,为了充分利用计算机集群资源,提高该方法的并行效率,基于自由度凝聚和局部松弛的思想,推导了切比雪夫谱元逆时偏移方法的多级并行算法(HEP-CSE-RTM),该算法具有并行效率不随处理器数目增多而下降的优点。二维加拿大起伏地表逆掩断层模型及三维SEAM起伏地表复杂构造模型测试结果表明:该方法在起伏地表复杂构造区成像精度明显高于常规有限差分法逆时偏移,由于该方法本身具有谱方法的稀疏网格快速收敛特性,结合自由度凝聚的多级并行计算,运行效率大幅度提高,达到了与常规有限差分法逆时偏移相当的计算效率。

Daubechies小波有限元求解GPR波动方程

基于可分离小波理论,由一维Daubechies尺度函数的张量积构造二维Daubechies小波基,并将它作为GPR波动方程求解的插值函数,导出了二维Daubechies小波有限元GPR方程离散格式;通过引入转换矩阵,实现小波系数空间与雷达场值之间转换.引入自由度凝聚技术,有效解决了小波有限元求解中小波单元内部自由度过多的问题,节约了计算量并方便与传统有限元法耦合.然后,详细阐述了Daubechies小波有限元联系系数计算方法,有效解决了小波有限元求解偏微分方程的难点与核心问题.最后,以两个典型GPR模型为例,对比了Daubechies小波有限元与传统有限元的雷达正演剖面图与单道波形图,结果表明:在相同的剖分方式及节点数目条件下,Daubechies小波有限元的紧支性与正交性一定程度上提高了求解效率,它与有限元法求解结果能较好地吻合,验证了Daubechies小波有限元算法的正确性.

面向元器件的PCB板布局优化方法

利用自由度凝聚方法和模态综合法,建立了一种面向元器件的PCB性能分析方法,并在此基础上建立了面向元器件的PCB布局优化方法。该优化方法面向元器件,可大大缩减结构分析自由度的数量,并能充分体现元器件的重用性。另外,在优化模型的求解和实现上,考虑元器件间的几何干涉提出了改进的遗传算法,并利用面向对象ANSYS二次开发方法开发了优化软件。通过优化算例结果表明该优化方法是有效的和可行的。

PCB板最大频率的支撑拓扑优化

基于印制电路板(PCB)支撑结构的特点,建立了支撑布局拓扑优化的分析模型:利用无质量实体单元模拟支撑部分;利用自由度凝聚技术建立PCB板及其元器件的子结构模型,从而大大缩减了优化的计算量.在优化分析模型基础上,利用渐进优化方法推导出结构支撑单元的删除敏度并建立了基于ANSYS的计算方法,分析了支撑刚度对支撑布局优化的影响.最后通过优化实例验证了优化方法的正确性.

基于子结构方法的PCB板支撑布局优化

根据PCB板结构的特点,利用自由度凝聚技术给出了元器件模型的自由度凝聚方法,并在此基础上利用子结构安装技术给出了PCB板支撑布局优化建模方法。该方法大大缩减了结构优化分析自由度的数量,并便于实现元器件组件计算结果的重用。提出了支撑点与PCB板节点不重合时的解决方法。利用遗传算法和ANSYS二次开发技术相结合,开发了支撑布局优化求解程序。优化算例结果表明该优化方法是有效的和可行的。

一种超级梁单元桁架式臂架结构强度荷载计算

桁架式臂架结构强度承载能力计算是臂架型起重机核心计算之一.以单个臂节作为一个子结构,将其内部自由度凝聚到臂节端面,基于臂节端面刚性假设,将边界自由度进一步凝聚到臂节端面形心,臂节自重离散到形心节点上,形成一种考虑重力的超级梁单元.基于共旋坐标法,建立每个臂节的随动坐标系,可以准确计算计及大长度臂架几何非线性效应的单元应力.通过建立臂架的节点力平衡方程,得到梁单元节点位移与截面转角,计算臂架的结构强度.基于数值插值方法,提出一种快速搜索强度荷载的方法,实现对臂架强度荷载的快速搜索,得到臂架强度的承载能力.通过数值算例,说明该方法在快速计算桁架式臂架结构强度承载能力方面有着较高的效率与精度.

针对柔性转子系统的电磁轴承支承刚度阻尼参数识别

为了用传统转子动力学的理论和方法分析支承在电磁轴承上的转子系统动力特性,电磁轴承支承的等效刚度和等效阻尼是必须获知的重要参数。已有研究提出的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方法大多都是建立在单自由度模型或刚性转子模型上的。针对支承在电磁轴承上的柔性转子系统,提出了其等效刚度和等效阻尼参数的识别方法。首先,设计了静态力和动态力两种自由度凝聚方法,把柔性转子有限元模型凝聚到所需要的自由度,减少了模型中未知数的数量,并提取凝聚后转子模型中的激励与响应关系;然后建立电磁轴承激励和加配重激励两种情况下的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方程;最后,通过一个电磁轴承-柔性转子系统算例验证了识别方法的有效性。算例分析了由于柔性转子振动相位的变化和增加识别方程主自由度数量对识别精度和效果的影响。

基于接触协同作用结构非线性屈曲分析

工程结构中结构或构件之间存在接触摩擦现象是较为普遍的,接触协同作用使得结构非线性屈曲问题的数值求解变得困难。该文从这一实际问题出发,采用子结构凝聚自由度的有限元方法得到基于接触界面问题的非线性有限元平衡方程,通过增广拉格朗日乘子法对接触问题的约束条件进行处理,并与柱面弧长法结合,对非线性屈曲问题进行全过程跟踪求解。算例结果表明接触协同作用对结构的非线性屈曲过程影响明显,有必要在实际工程结构设计中考虑接触协同作用的影响。

三维车辆-轨道耦合系统随机动力分析

提出了一种用于建立轨道结构三维有限元模型的广义单元,对定点和动点2种激励方式,采用虚拟激励法分别推导了高低、方向和水平3类轨道不平顺作用下三维车辆—轨道耦合系统动力响应的功率谱和标准差。在求解动点激励方式下耦合系统的响应时,运用Newmark方法的差分技巧将车辆的自由度凝聚到轨道上,并合理利用系数矩阵的稀疏性和周期性避免了时变系统等效刚度矩阵的重复生成。数值算例中,将文中方法和Monte-Carlo方法的计算结果进行了对比,验证了文章方法的正确性,并确定了2种激励方式的适用范围。