求解动态子结构的大质量界面虚拟激励法

为提高大型结构随机激励的计算效率,解决不同类型组合结构的动力求解问题,提出一种动态子结构求解方法。在各子结构界面的质量矩阵上分别附加大质量单元,并直接在大质量单元上施加两次不同幅值的虚拟激励荷载,确保相邻子结构界面上的加速度响应协调;根据不同子结构界面上的内力平衡条件和线性关系建立界面力平衡方程组,求解出能够保证各子结构之间加速度响应和内力同时协调平衡的虚拟激励荷载幅值;通过求出的虚拟激励荷载分别计算各子结构的真实响应。该方法与传统的模态综合法相比,避免了模态坐标和物理坐标的反复转换,并能直接考虑子结构的高频特性;与机械导纳法相比,减小了综合方程规模,求解更为简便,并适用于外荷载激励和地震下基础加速度激励同时输入的情况。最后通过不同类型的仿真算例验证了该方法的正确性。

模态分析与动态子结构方法新进展

综述在模态分析与动态子结构方法研究的一些最新进展.首先回顾经典的位移展开定理和模态叠加原理.为了加速经典方法的收敛速度、提高计算效率,进一步介绍两个新的结构位移展开定理(采用固定界面模态的位移展开新定理,给出采用低阶固定界面模态的高精度位移展开式;采用混合模态的位移展开新定理,给出采用低阶混合模态表示的高精度位移展开式)和相应的动力学新解法.相应上述3个位移展开定理,介绍采用解析推导的方法构造出3类动态精确子结构方法,各种子结构模态综合法实质上都是它们的某种近似与变化形式,从而形成系统的动态子结构分析技术.上述介绍的模态分析与动态子结构方法新进展与经典模态分析技术一起形成结构动力学分析技术的系统理论.

碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法

通过建立弹塑性碰撞动态子结构模型,推导了模态坐标下的控制方程,提出了模拟柔性结构碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法,并对其中的主模态的存在性和主模态截断的收敛性进行了证明.通过对柔性杆纵向碰撞和柔性梁横向碰撞两个算例的计算,并将计算结果与理论解和三维动力有限方法计算结果进行了对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹塑性波传播的有效性.

碰撞激发弹粘塑性波传播的动态子结构方法

基于固定界面模态综合法,将柔性结构划分为多个子结构,采用添加-删除技术处理接触约束,建立柔性结构弹粘塑性碰撞动态子结构模型。考虑冲击载荷作用下出现的材料的应变率效应,采用Cowper-Symonds本构关系,推导柔性结构在模态坐标下的碰撞动力学方程,提出柔性结构碰撞弹粘塑性波传播的动态子结构方法,并通过理论证明主模态的存在性和主模态截断的收敛性。运用该方法分析直杆纵向碰撞和简支梁横向碰撞问题,计算结果表明,弹粘塑性波的传播速度,超应力效应,以及超应力幅值逐步衰减等波传播特征,均符合弹粘塑性波的理论特征。同时,通过将碰撞力和弹粘塑性波的数值计算结果与三维动力有限元解进行对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹粘塑性波传播的有效性。

基于动态子结构的三维焊接残余应力变形数值模拟

焊接残余应力和变形三维弹塑性有限元模拟由于是高度非线性的热力耦合过程而计算非常耗时。为提高计算效率,采用动态子结构方法来计算焊接残余应力和变形。考虑焊接过程中只有焊缝和热影响区的小部分区域在焊接热源作用下呈现高度非线性,而其余区域受热源的影响小,将整个模型的三维弹塑性计算问题处理为窄小的焊缝和热影响区为局部非线性弹塑性区,其余大部分非焊接区域作弹性子结构的计算问题;且随焊接热源的移动,子结构不断变化。结果表明,动态子结构方法能显著提高计算效率,并能保证焊缝和热影响区的残余应力分布与全模型计算结果接近。

动态子结构方法在全箭动特性分析中的应用研究

液体推进剂质量对运载火箭全箭动力学特性有重要影响,其动力学建模是全箭动力学建模的难点和重点。结合航天工程实际,提出了采用虚质量法和动态子结构方法相结合的液体推进剂建模方法,减缩了计算模型自由度,提高了计算效率,实现了全箭动力学特性分析。最后,以某液体运载火箭为例,分析了不同液体推进剂建模方法对全箭动特性计算结果的影响。

非均质柔性杆撞击瞬态动力学动态子结构法

该文运用固定界面模态综合动态子结构法,研究非均质变截面杆受刚性质量轴向撞击问题,导出了用模态坐标表示的瞬态动力学方程,并讨论了撞击初始条件确定的两种方法。数值仿真表明:该方法能够计算非均质变截面杆轴向撞击的复杂撞击力变化形式、撞击瞬态波在杆中的传播过程以及撞击瞬态动力响应。算例的数值计算结果表明:当单元总数为180个,且仅保留2阶固定界面主模态时,计算结果已经收敛,与理论解相比,计算精度较高。因此,当选取更多单元总数和更高的主模态时,该方法有可能被应用于复杂的柔性结构撞击瞬态动力学的研究中。

改进Ritz向量法在动态子结构分析中的应用

将ＲｉｔＺ向量法改进后应用于动态子结构分析中，从理论上推导了用于自由振动 分析的精确公式。它一方面能克服盖恩（Ｇｕｙａｎ）应用静凝聚思想时所产生的计算误差， 同时又可以克服库哈（Ｋｕｈａｒ）采用动凝聚，进行反复迭代而产生的费机时和实用性 差的缺点。吕宪等人曾运用子空间迭代技术提出了一种适用于子结构自振分析的精确 方法；它虽成功地克服了库哈法实用性差的缺点；但仍要花费较多机时。本文提出的 改进方法，比上述几种方法都有较好的应用效果，达到了提高计算精度和节省机时、 内存的双重目的。

双柔性杆弹塑性碰撞动态子结构方法的研究

针对双柔性杆碰撞问题,考虑杆的弹塑性波传播,推导动力学控制方程,建立动态子结构模型,提出双柔性杆轴向碰撞的动态子结构方法。通过与三维弹塑性动力有限方法的对比表明,该方法的数值计算结果合理、精确,不仅能够计算复杂多变的碰撞力响应和变形响应,而且能够准确计算碰撞弹塑性波的传播,清晰刻画弹塑性波的传播、反射、相互作用等波传播规律。因此,可以作为一种研究多柔性杆弹塑性碰撞响应的有效的数值分析手段。

齿轮传动转子系统动力学特性的动态子结构法

以某齿轮传动转子系统为研究对象,采用动态子结构法对其进行了动力学建模,对系统划分后的各子结构应用有限元法分别进行动力学分析。数值分析结果表明,耦合转子系统的临界转速包括与单转子非常接近的临界转速和耦合形成的新临界转速,而模态除了单转子模态和以某一单转子为主的耦合模态外,还派生出新的耦合模态。算例结果还说明动态子结构法和有限元法相结合提高了计算效率,计算结果精度也较高,尤其适用于复杂结构的前几阶振动模态分析。

基于多重动态子结构法的大型复杂结构动力分析技术

针对传统动力学分析方法无法有效地解决大型复杂工程结构动力问题的局限性,引入了一套适用于复杂大系统结构建模分析的新技术—多重动态子结构法。详细论述了多重多级动态子结构基础理论,介绍了采用多重动态子结构技术进行动力建模分析的工程实现方法,并开展了该方法在某大型四机并联液体火箭发动机中的应用研究。研究结果表明:仿真分析的前六阶模态与试验值吻合较好,模态频率的相对误差小于5%,模态置信因子MAC≥0.9,该动力分析方法可准确预示发动机结构的动力学特性;相比整体有限元分析方法及传统(单级)子结构法,其建模、求解效率得到大幅度提高;验证了多重动态子结构法是研究大型复杂结构动力问题的一种有效方法。

含非线性联接的组合结构动态子结构分析

本文研究由非线性隔振器耦联线性子结构形成的组合结构的动响应预估。基于实测子结构的脉冲响应函数,建立了组合结构的对接边界积分型动力学方程;找到了将其转化为标准常微分方程组的途径;用实验考核了上述方法。

动态子结构法在凸起地形地震动响应中的应用

为研究山地地形对地震动放大效应的影响,满足实际工程中山地建筑地震动设计的需要,以单峰凸起地形为例,引入动态子结构法,计算地形坡角在30～60°,凸起高度20～80 m和平台段宽度50～600 m共60个不同尺寸岩质凸起地形在地震动输入下的响应,得到不同尺寸凸起地形下模型各点加速度和频谱特性变化规律.结果表明:与传统有限元分析方法相比,动态子结构法在保证计算精度的同时,能很大程度提高计算效率;凸起地形对地震动放大效应影响较大,坡脚到坡顶地震动响应不断增大,坡顶平台中点放大效应最为明显;随地形坡角和坡高增加,地形对地震动的放大效应呈增大趋势;坡角和坡高一定时,随地形宽度增加,地形凸起高度较小时,地震放大效应呈增大趋势,反之凸起高度较大时,地震放大效应呈降低趋势;地形凸起尺寸的增加会激发高频段反应的加剧,同时降低低频段反应峰值.

简支梁弹塑性碰撞响应动态子结构方法

针对简支梁结构弹塑性碰撞响应问题,建立了碰撞子结构模型。基于弹塑性有限元理论和模态综合方法推导出了该碰撞子结构模型在模态坐标下的动力学控制方程,将动态子结构方法推广应用于柔性梁结构的弹塑性碰撞响应研究。采用接触模型考虑碰撞位置局部变形,数值计算表明,该方法可以计算复杂变化的弹塑性碰撞接触力响应,梁上二维动态弹塑性应力场,动态位移场,角位移场和横向振动速度场等动力学变量,还可以描述碰撞激发弹塑性波的传播和塑性铰形成过程这类复杂的瞬态动力学现象。通过对比计算得到的碰撞接触力响应,弹塑性波传播特征和塑性铰形成过程与有限元计算结果和塑性动力学理论,证明了该动态子结构方法研究柔性梁结构弹塑性碰撞动力响应问题的有效性和合理性。

动态子结构法在地铁列车引起地基振动分析中的应用

运用动态子结构固定界面模态综合法在ANSYS有限元分析软件中建立隧道地基耦合动力学模型,分析地铁列车荷载作用下隧道和地基表面的动力响应;通过与有限元整体建模分析法进行比较,验证动态子结构法的准确度。探讨固定界面模态综合法中主模态截断数与分析频率之间的关系,并讨论地基子结构模型中人工边界的施加问题。计算表明:固定界面模态综合法能够明显地减少建模及计算工作量,缩短计算时间,减少存储空间,且具有较高的精度,可在地铁环境振动分析中推广使用。

动态子结构高效集成的主动力和界面力处理方法

在现有的船舶水弹性子结构分离与集成方法中,主船体结构的振动采用以模态广义坐标为变量的动力学方程进行描述,船内子结构的振动采用以空间物理位移为变量的动力学方程进行描述。通过两者的边界连接条件进行综合集成时,会遇到模态空间与物理空间的转换集成问题。针对该问题,提出了“虚拟模态”方法,一方面可以使动态子结构集成计算精确,另一方面可大幅减少子结构集成的计算量。理论上,该“虚拟模态”方法适用于其他领域类似的动态子结构集成计算问题。最后,通过数值算例,对该“虚拟模态”方法的正确性和适用性进行了验证。

动态子结构法在光电经纬仪固有特性分析中的应用

将动态子结构法应用到光电经纬仪的固有特性分析中,介绍了动态子结构法的原理,依据该原理对光电经纬仪进行子结构划分,建立各子结构的有限元模型,并计算光电经纬仪整机的固有频率。计算结果表明,该方法计算规模小,精度高,具有推广价值和应用前景。

基于动态子结构法探讨地铁列车运行引起建筑物的振动

运用动态子结构固定界面模态综合法,结合Ansys有限元分析软件建立隧道-土层-建筑物系统动力学分析模型,通过与有限元整体建模分析法进行比较,验证了动态子结构法的准确性,对比分析系统的振动特性,分析隧道埋深、桩基深度对建筑物振动的影响。分析结果表明:隧道上方的建筑物桩基不利于建筑物减振,增加隧道埋深、增加隧道与建筑物桩尖的距离,可以有效降低建筑物振动。固定界面模态综合法具有较高的精度,计算效率高,在地铁列车引起建筑物振动分析中具有较好的适用性。

地铁铝合金车体动态特性动态子结构分析方法

地铁车辆尺寸大、结构复杂,车体结构的局部修改会导致有限元建模过程的大量返工并需要对分析过程重新计算。根据铝合金地铁车体模块化制造的特点,利用动态子结构方法完成车体计算模型的构建和动态特性的计算,并与一般有限元分析过程进行比较。结果表明,动态子结构方法不仅能够实现计算模型的快速建立而且能够保证良好的求解精度。

多分支轴系扭振计算的动态子结构方法

本文给出了一种部件模态综合法,并运用该方法对多分支轴系统扭转振动进行了分析和计算。这种方法是Hurty提出的固定界面法和Hou提出的自由界面法的改进。算例表明,这种动态子结构方法对多分支轴系扭转振动的计算不仅是有效的,而且具有物理概念明确、节省计算时间等优点,是多分支轴系振动计算的有效途径。