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。

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。

斜拉桥结构模型修正的子结构方法

针对大跨斜拉桥结构提出了一种子结构模型修正方法。根据斜拉桥结构体系特征,从空间上划分几个比较独立的子结构。对包括所有子结构特征信息和待修正参数的整体结构,进行特征信息对参数的灵敏度分析,验证各子结构之间的相对独立性,并确定子结构模型修正的顺序。基于各子结构的特征信息建立目标函数,采用遗传优化算法,依次对各子结构进行模型修正。以某大跨斜拉桥试验室物理模型为研究对象,对该方法进行了数值仿真和试验验证。基于仿真数据的子结构模型修正精准度高,基于实测数据的修正结果能得到与实际情况相符的合理解释。因此,该斜拉桥模型修正的子结构方法切实有效,且易于工程应用。

斜拉索风雨振-实验与数值模拟混合子结构方法

人工模拟降雨条件下,斜拉索风雨激振的非定常气动力难以测试,本文提出结构风致振动的实验与数值模拟的混合子结构方法,将结构和流场分为2个子结构,将实验获得的结构振动作为动边界施加在流场子结构,仅对动边界的绕流场进行CFD数值模拟.首先通过圆柱涡激振动验证混合子结构方法的可行性及精度;然后采用混合子结构方法,计算斜拉索风雨激振的气动力并施加到斜拉索上,得到斜拉索振动响应并与实验结果比较.结果表明混合子结构方法能够准确获得斜拉索风雨激振的气动力时程.

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。

杆撞击中弹塑性波传播的动态子结构方法研究

通过建立杆弹塑性碰撞的动态子结构模型,推导弹塑性撞击子结构动力学控制方程,采用固定界阶模态综合法和无条件稳定积分法(Newmark隐式积分法)对动力学方程进行求解,成功地将动态子结构方法运用于柔性杆的弹塑性撞击问题。与有限元方法的计算结果和理论解结果的对比表明,动态子结构方法可以应用于柔性杆的弹塑性撞击问题的研究,它能够较精确地计算弹塑性撞击力响应,计算撞击瞬态弹塑性波的传播,并可有效地研究弹塑性波传播、反射、弹性波和塑性波相互作用等主要瞬态波传播规律。

子结构方法在圆柱壳体振动特性分析中的应用研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了一种子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。圆柱壳模型长4.2m,直径0.4m,由5部分组成,并且在第4和第5部分内有一个轴系结构。用子结构方法研究其振动特性时,模型被分为3个子结构,子结构间通过螺栓进行连接。因此,首先介绍了子结构方法及连接处理方式的理论基础,然后通过实验验证了发展方法的正确性,并着重分析了子结构模态综合阶数和连接处理方式对整体结构预测结果的影响规律,最后对比分析了子结构方法与传统有限元法对计算量和内存量的要求。结果表明:发展的子结构方法具有较高的精度,可应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性。

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。

基于子结构方法的高架铁路浮桥的有限元分析

利用有限元子结构分析方法解决了具有复杂上部结构的拼装式超大型浮游结构的静力分析问题。按照拼装式高架铁路浮桥的结构特点,将其划分为多种子结构,实现了各功能子结构模块之间的耦合分析,并能在浮桥总体分析的同时进行重要部位局部细化分析,以及对子结构之间连接接头传力功能的分析,还可解决锚定系统对浮桥的非线性影响以及连接接头之间的连接间隙影响等非线性问题,利用有限元软件AN-SYS进行了实现。计算表明,该方法能够显著地减少建模及计算工作量,缩短分析过程,节省机时,解决拼装式浮游结构的连接间隙影响、锚定影响等非线性问题。

基于对称有限元模型的车辆乘坐室声振耦合分析的子结构方法

建立了车辆乘坐室声振耦合分析的对称有限元模型。在此基础上 ,提出了一种可用于综合内饰等乘坐室附属结构对乘坐室声振特性影响的动态子结构方法。该方法将内饰或附属结构等效为乘坐室壁结构与内部声空间中的一对相应的子结构 /子空间 ,并将其影响引入到声振耦合分析的对称有限元模型中 ,从而使有限元分析的精度大为提高。最后 ,以一国产轿车为对象给出了算例 。

圆形地下连续墙场地动力反应分析的子结构方法

利用子结构方法对某超大直径圆形地下连续墙场地进行了动力反应分析.介绍了子结构分析方法的基本原理,探讨了主自由度节点的一般选取原则.采用等效线性化方法考虑土体非线性性质,并运用ANSYS参数化设计语言编制了场地土层模型的子结构方法计算分析程序.建立圆形地下连续墙场地计算模型,分别采用3种主自由度节点选取方法对其进行了动力计算分析.通过对比子结构方法和整体方法计算结果,验证了子结构分析计算方法的合理性及有效性.数值分析结果表明,若合理地选择主自由度节点,采用子结构方法可以在保证计算精度的基础上极大地提高计算效率.

复杂链式结构动力分析中的直接迁移子结构方法

本文将频响函数和迁移矩阵引入子结构方法中 ,提出简单高效的直接迁移子结构方法。当子结构中内部自由度很大时 ,用这种方法进行链式结构的动力特性分析和求解谐和激励响应时依然能保持很高的计算效率和精度。而且有限元分析或试验得到的各子结构数据相互独立 ,因此对结构的不同组合进行分析只需改变相应连接条件 ;当结构有局部修改时也只需修正相应子结构的数据。这些特性对复杂链式结构动力优化和抗震设计问题十分有利。

改进自由动态子结构方法及应用

论述了改进自由动态子结构方法 ,并通过对十层井塔的分析计算 ,论述了该方法的适用条件及优越性。

频域子结构方法在力学环境预示中的应用研究

目的利用频域子结构方法(FBSM,FRF Based Sub-structuring Method)对结构的力学环境进行准确高效地预示。方法分别对处理子结构间为刚性连接和弹性连接两种问题的FBSM进行理论推导。为了验证FBSM的正确性,设计连接为刚性连接和弹性连接两种算例结构,并将FBSM对算例结构频响函数的计算结果与有限元方法(FEM,Finite Element Method)的对应计算结果进行对比。其中,弹性连接利用空间梁单元进行等效,并将该等效方法与利用六自由度标量弹簧的等效方法进行对比。结果对于刚性连接和弹性连接两种情况,FBSM对频响函数的计算结果均与FEM的对应计算结果吻合程度良好。此外,空间梁单元的结点刚度矩阵为非对角阵,与六自由度标量弹簧相比,可更为准确地等效工程实际中的弹性连接。结论FBSM可对结构的力学环境进行准确高效的预示,且在处理具有弹性连接结构的力学环境预示问题时,可采用空间梁单元等效弹性连接。

竖向地震作用下桥梁碰撞响应的动态子结构方法

该文研究了竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。考虑多次碰撞和多次分离过程以及桥梁支座的影响,针对多跨连续桥梁建立动态子结构模型,导出了模态坐标表示的碰撞动力学方程,并将动态子结构方法应用于竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。采用Newmark隐式积分法对动力学控制方程进行数值求解,研究了竖向地震作用下桥梁与桥墩的碰撞动力学响应。数值收敛性结果和理论解的对比分析表明,该动态子结构方法具有良好的数值收敛性和较高的计算精度,可有效地分析竖向地震作用下桥梁的碰撞响应。

改进的降阶牛顿迭代数值子结构方法

充分利用结构在地震作用下的局部非线性特征,数值子结构方法将原本复杂的结构非线性分析转化为以初始弹性刚度迭代的主结构等效线弹性分析和屈服构件隔离子结构非线性分析。由于主结构采用常刚度迭代分析收敛速度较慢,尚有一定局限性,于是该文提出一种改进的降阶牛顿迭代数值子结构方法。在主结构系统中,将塑性自由度位移场作为基本未知量,设计牛顿算法进行非线性迭代分析,并由隔离子结构跨平台非线性分析计算得到屈服单元的内力和切线刚度。对一平面15层3跨钢结构进行地震弹塑性时程分析,模拟结果表明:该文提出的方法是准确、可靠的,接近传统牛顿算法的二次收敛,且对于局部非线性结构系统,需要集成和分解的矩阵规模远小于传统方法。

结构动力模型连接刚度参数识别的子结构方法

由若干部件经一定的连接部件组成的复杂结构系统,其连接部件的连接刚度可通过参数识别的方法来提取。本文根据连接子结构的概念,应用模态综合技术,以子结构方式来处理整个系统、应用优化方法进行连接刚度参数识别,以很少的运算量以足够的精度,建立完善的结构动力模型。

一种瞬态动力分析的子结构方法

本文提出了一种计算结构瞬态动力响应的子结构方法。这种方法能充分考虑结构不同部位力学特性的差异,允许在不同部位采用不同的逐步积分方法,从而提高计算效率。采用这种方法还可缓和结构规模和计算机容量之间的矛盾。

应用互联网络子结构方法分析LPDA特性

文中介绍了互联网络子结构分析方法,并应用该方法对对数周期偶极天线进行特性分析。所得结论不仅丰富了对数周期天线的分析思路和方法,而且进一步有力验证了互联网络子结构思想的正确性和有效性。