利用POD方法的固定界面模态综合技术

利用POD(Proper Orthogonal Decomposition)方法结合固定界面模态综合方法,提出了一种求解局部非线性问题的降阶方法。该方法将系统分成线性、非线性子结构。对于非线性子结构,利用POD方法构造POM(Proper Or-thogonal Mode)来代替传统的线性模态,然后利用线性约束模态代替非线性约束模态。文中通过算例说明了所提方法的有效性。通过此方法,避免了求解整个系统的响应,可以将POD降阶方法推广到含局部非线性的大型有限元模型。此外还提出采用一种更新的线性约束模态来近似估算非线性约束模态的方法,并利用该方法证明了当非线性子结构为弱非线性时,用线性约束模态代替非线性约束模态的合理性。

适用于优化建筑结构声振特性的多重模态减缩策略

建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板-墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。

非亏损对称系统的子结构灵敏度综合方法

本文提出了一种利用子结构灵敏度综合对非亏损对称系统进行特征对灵敏度分析的方法。本文利用固定界面模态综合和子结构约束模态以及约束主模态的二阶灵敏度 ,实现了非亏损对称系统的重特征值灵敏度分析。算例表明了本文的方法是行之有效的。

双层蜂窝夹芯结构自由振动特性分析研究

采用逐层/实体元方法(Layerwise/Solid-Elements,LW/SE)和动态子结构法中的固定界面模态综合法研究了双层蜂窝夹芯结构的自由振动特性问题。基于LW/SE和固定界面模态综合法,分别建立了双层蜂窝夹芯结构的控制方程和总体模态空间,利用控制方程和总体模态空间建立双层蜂窝夹芯结构总体模态空间下的控制方程。方法在保证固有频率计算精度的同时,降低了对计算内存的需求。通过数值算例将方法与三维实体有限元分析结果进行了对比,验证了方法的正确性。

永磁同步电机驱动太阳翼扰动力矩建模与仿真

建立太阳翼驱动机构(SADA)永磁同步电机的电磁方程,并利用固定界面模态综合法建立SADA驱动太阳翼耦合系统的振动方程;设计模拟柔性负载,对SADA驱动该柔性负载的扰振力矩进行仿真分析。结果表明,SADA驱动柔性负载运行过程中所产生扰振力矩主要由两个原因引起:1)电流噪声引起的力矩波动;2)控制参数选取不当引起的转角波动。

子结构灵敏度综合在结构动力重分析中的应用

提出了一种利用子结构灵敏度综合进行基于灵敏度分析的结构动力重分析的新方法。通过固定界面子结构模态综合技术,有效减少了自由度数目,达到了减少计算量的目的。同时,还给出了利用子结构灵敏度综合求解结构n阶特征灵敏度的一般表达式。所提出的结构动力重分析方法操作简单,易于实现,适用于大型复杂结构的结构动力重分析。

多跨碰摩转子系统分析的降维增量谐波平衡法

多跨碰摩转子系统所建有限元动力学模型自由度很多,严重降低响应预测时的计算效率.为了提高计算效率,同时保证计算精度,提出结合固定界面模态综合法的降维增量谐波平衡法.首先利用固定界面模态综合法降低多跨碰摩转子系统的自由度数目,再利用增量谐波平衡法求解降维后系统的稳态响应,最后还原回原系统的响应.该方法不仅能够直接获得稳态解,还可以与弧长法相结合从而求得非稳定解.对双跨转子系统进行仿真试验,结果表明该方法在主模态数较小时即可保证计算精度并且具有很高的效率.

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。

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。

集中参数非线性结构的气动弹性模拟方法

本文基于固定界面模态综合法建立非线性结构模型,基于ZONA方法及最小状态法获得非线性结构的非定常气动力,最后开展了间隙非线性结构的气动弹性仿真,分析了不同初始扰动及飞行速度下结构的气动弹性响应,该成果可用于其他形式集中参数非线性结构的气动弹性仿真分析,具有一定的研究价值。

行星轮系动态特性分析的重复超单元方法

行星轮系的动态特性分析是解决减速器齿轮箱振动与噪声问题的关键。在固定界面模态综合法基础上,提出一种行星轮系动力学建模的重复超单元方法。根据行星轮的结构特征建立超单元模型,将动态缩聚后的超单元装配到残余结构的边界上,利用保留主模态和约束模态得到重复超单元系统矩阵。采用某行星轮系为研究对象,通过比较传统超单元模型、重复超单元模型与全模型计算结果来验证方法的有效性。将太阳轮盘、行星轮盘和内齿圈轮盘分别划分为超单元,将所有齿轮的齿圈划分为残余结构来建立传统超单元模型;考虑到各行星轮具有相同的几何特征,将其中一个行星轮的有限元模型作为原始超单元,其余行星轮作为重复超单元不需要划分有限元网格,通过定义缩聚界面的外部节点建立动力学模型。研究结果表明,重复超单元在保证精度的情况下分析效率更高。

基于动态子结构法的复合材料加筋板的振动特性

采用动态子结构法中的固定模态综合法研究复合材料加筋板的振动特性。首先,基于逐层/实体元方法建立板和加强筋两个子结构的控制方程。然后,在固定界面下建立子结构的模态空间并将其控制方程转换成模态空间下的控制方程。最后,根据板和加强筋相互连接区域的内力平衡和位移协调条件,建立固定界面模态下的总体控制方程。通过数值算例将本文方法与MSC软件分析结果进行对比,从而论证该方法的正确性。此外,还对复合材料加筋板进行自由振动分析,研究结果对于分析加筋板结构具有一定的指导意义。

数传天线机电耦合建模及微振动特性仿真与试验研究

星载数传天线是航天器低频段微振动的主要扰振源,严重影响了遥感卫星成像质量。研究了一种以步进电机为驱动源的数传天线的微振动特性。通过线性化方法简化了步进电机的动力学方程,根据固定界面模态综合法建立了在柔性边界上步进电机驱动柔性负载的动力学模型,并给出了数传天线微振动的解析表达式。通过仿真和试验验证了上述微振动模型,分析了微振动的成因和影响因素。结果表明:试验和仿真得到的微振动频域峰值处的频率一致,幅值误差不超过9.41%&并且合理选择步进电机转速可有效降低数传天线的微振动。该模型可应用于在轨微振动预测、天线控制系统设计等领域。

基于有限元和多体动力学联合仿真的车辆-桥梁耦合动力学仿真分析

为研究汽车动力荷载引起的桥梁耦合作用动力响应．基于车辆-桥梁耦合动力学理论建立了车辆-桥梁空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法。建立多刚体车辆-有限元桥梁的精细化三维有限元模型。车辆为刚体系统，桥梁为离散有限单元，该方法能将车辆、桥梁及桥下部分（桥面铺装、桥梁、支座、桥墩、土体等）统一在一个软件界面中联合仿真。本文通过与有限元整体建模分析法进行比较．验证了联合仿真法的准确度。研究结果表明：固定界面的模态综合法能够明显地减少模型的自由度数目，同时可以反映桥梁的动力学响应。相对于传统有限元法．能够有效快速建模及计算工作量，缩短计算时间，减少存储空间，且具有较高的精度，可在公路耦合振动分析中推广使用。本文还初步探索了多车辆-桥梁耦合的叠加效应，指出在车辆-桥梁耦合动力分析中应考虑多车叠加的影响。