基于模态频率和有效模态质量的有限元模型修正

提出一种同时使用模态频率和有效模态质量作为目标量的残差进行结构动力学有限元模型修正的新方法。有效模态质量不但可以为结构动力学分析提供一种判断振动模态重要程度的方法,而且能够为有限元模型修正提供更多的信息量。介绍了基于灵敏度分析的模型修正实现过程以及有效模态质量的概念,推导了有效模态质量对设计参数的灵敏度,在此基础上采用仿真算例验证了所提出方法的正确性和有效性。仿真结果显示所有修正参数都回到了设定的目标值,即使当模态频率和有效模态质量等特征量都存在5%的高斯白噪声时,修正后在修正频段内特征量的均方误差都小于0.4%。研究表明,基于模态频率和有效模态质量的结构动力学有限元模型修正是有效可行的。

基于有效模态质量的有限元建模

介绍一种简单的基于有效模态质量与结构质量的比值∑meff/m来判断有限元模型精确度的方法,给出了基于多自由度系统的理论证明。在通过试验验证了某空间相机及其支架各自有限元模型正确性的前提下,针对二者之间的特殊连接结构采用三种建模方式,分别计算整体结构的有效模态质量和模态频率,其中∑meff/m比值最大的模型所对应的模态频率计算值与试验值最接近,误差在5%之内。有效模态质量是判断有限元模型好坏的重要参数,该方法对一般结构的有限元建模工作有一定的借鉴作用。

基于有效模态质量的子结构主模态选择方法

根据建筑物抗震设计中有效模态质量计算的基本原理,推导了固定界面模态综合中子结构各阶主模态的模态参与因子和有效模态质量,以及总的有效模态质量的计算方法。根据各阶有效模态质量与总的有效模态质量之比,对某样车模型的子结构主模态进行截断。结果表明:在一定频率范围内,采用子结构主模态截断法,仅保留少数低阶主模态,即可使样车低频振动特性计算结果具有较高的精度。

使用有效模态质量和遗传算法的有限元模型修正

提出将模态频率和有效模态质量构造的残差作为遗传算法的目标函数进行结构动力学有限元模型修正的方法。有效模态质量不但可以为结构动力学响应分析提供一种判断模态贡献程度的方法,而且能够为有限元模型修正提供更多的信息量。介绍了有效模态质量的概念和基于遗传算法的结构动力学模型修正理论,在此基础上采用仿真算例验证了所提出方法的正确性和有效性。仿真结果显示,模型修正后参数最大误差为-0.062%,不管是在修正频段内还是修正频段外,频率和有效模态质量的均方误差都小于0.025%。研究表明,使用有效模态质量和遗传算法的结构动力学有限元模型修正是有效可行的。

获取约束边界结构有效模态质量的一种方法——广义模态约束反力法

在力限振动试验复杂TDFS方法研究中,提出了一种带约束边界结构有效模态质量的获取方法—广义模态约束反力法。针对具有约束边界的结构,从其整体分块动力学方程出发,对其进行了详细理论推导,获得由各阶模态频率及对应的广义约束反力来计算各阶有效模态质量的理论方法。最终通过一端约束的悬臂梁的有限元计算结果说明了该方法的有效性。

模态有效质量在数控管螺纹车床动态特性仿真中的应用

由于复杂结构系统的模态分析中常存在局部模态无法辨识和整体模态振型无法提取的实际问题,因此推导出了一种基于动能的模态有效参数公式,并将模态有效参数引入到数控管螺纹修复车床的床身力学特性仿真中。仿真结果证明该方法可有效识别出三个方向的局部模态,判断求解模态数目是否满足求解精度要求。为提高床身固有频率,分析床身的开孔对其动态性能影响,在此基础上提出了三种优化方案,并验证了优化方案的可行性,实现了不借助试验模态分析就能够对结构提出针对性的优化意见。

模态综合的子结构主模态截断方法

为了减少固定界面模态综合方法中保留的子结构主模态数，分别采用频率截断和有效模态质量截断两种方法进行截断，分析两种方法的适用性，最终得到适合结构低频动态特性计算的主模态截断方法．计算结果表明：频率截断法保留的主模态不到有效质模态量截断法的1／2，采用2～3倍的最高关心频率进行主模态截断，能保证结构低频动态特性计算具有较高的精度，所保留的主模态，更能反应子结构在关心频率范围内系统振动的变形模式；有效模态质量法不能判断各子结构间主模态对系统动态特性作用的相对大小，这使小尺寸高刚度的子结构保留多余的模态，其计算效率较低．

基于模态分析的印制电路板振动可靠性研究

采用有限元方法对印制电路板进行了模态分析,依据有效模态质量和模态振型分析了振动环境下配制电路板的薄弱环节.根据印制电路板的特点建立了有限元模型,通过模态分析得到了各阶固有频率与固有振型,然后利用有效模态质量找出了对系统响应影响较大的各阶模态.模态分析结果显示,该印制电路板的固有频率偏低.本文从安装方式和印制电路板材料属性方面分析了提高印制电路板固有频率的方法,通过改进设计能够有效地提高其振动可靠性.

舰船尾轴架系统计算模型与模态识别技术

对某舰的尾轴架系统,分别采用梁单元和体单元两种不同的建模方法进行模拟,用大型有限元NASTRAN软件对两种模型进行振动计算.比较分析两种计算结果表明,在实际工程应用中完全可以采用简单、快捷、省时的梁单元模拟尾轴架系统进行振动计算.但是,关于尾轴架系统振型的详细分析与计算机仿真表明,计算所得的第一阶振型并不是尾轴架系统本身的首阶振型.研究中引入有效模态质量,并计算了尾轴架系统的有效模态质量.应用表明用有效模态质量进行模态识别,可以有助于找到尾轴架系统的固有频率和振型.

火箭结构系统纵向模态自动辨识方法

针对工程中需要从火箭结构系统的整体模态中识别纵向模态,根据模态有效质量理论,提出了一种识别火箭结构系统纵向模态的自动辨识方法.以具有集中质量系统的振动特性作为算例,通过有限元软件,建立了具有集中质量系统的梁模型,利用自动辨识的方法,自动辨识出系统的纵向模态,并与应用模态分析法所计算的系统模态信息相比较,这种自动辨识方法不仅能准确的辨识出振动系统的纵向模态,而且还具有自动高效的识别特点.为准确快速建立液体火箭POGO振动系统的动力学模型等工程系统的模型提供理论依据.

基于动态质量分析的飞行器结构振动试验载荷与环境条件分析

提出了一种飞行器地面振动试验状态的界面载荷和条件分析方法,该方法基于结构动态质量计算,既能根据给定的振动试验条件计算飞行器界面载荷,又能够根据飞行试验状态的结构设计载荷修正地面振动试验条件,使得主结构不会因过试验而造成结构破坏。另外,该方法可以由目前的单自由度结构振动分析,推广到多自由度复合振动载荷环境分析。数值仿真表明,该方法可以有效地应用于地面试验状态载荷环境分析和控制,便于应用于实际工程。

铁道车辆结构模态匹配设计准则研究

提出适用于铁道车辆结构模态匹配设计的具体准则,指导车辆设计过程中各组件间或结构自身动力学特征参数设计,以减少车辆异常振动问题的发生。随着对铁道车辆的运营速度、运行品质、轻量化等要求越来越高,基于传统行业标准的静态设计方法已无法满足设计需求,大量的车辆服役数据表明即使在满足现有标准的前提下,车辆部分结构仍存在异常振动或失效问题,且振动信号多表现为谐波振动,属于模态匹配设计异常范畴。因此基于动力学理论和不同领域模态匹配设计方法,研究并给出铁道车辆结构模态匹配设计准则,并利用两个典型实例进行验证。最终建议在进行结构模态匹配设计时,需要重点关注模态有效质量(Modal effective mass,MEM)占结构弹性模态MEM总和5%以上的模态;对于考虑动力学性能的模态匹配设计,激励主频与关注模态频率差值至少为模态频率的15%,建议在20%以上;对于仅考虑结构振动疲劳的模态匹配设计,建议此数值至少为10%。

某水电站地面明钢管自振特性与减振研究

结合某水电站地面明钢管实际工程,采用有限单元法研究了管内脉动压力作用下明钢管斜直段后段采用垫层管形式对钢管振动的影响。结果表明:采用垫层管形式可分散明钢管低频段的各阶自振频率,并使铅直向与上下游方向上具有较高有效模态质量的自振频率得到提高。垫层管形式对低频脉动下明钢管斜直段具有明显的减振效果,但不利于高频脉动下的钢管抗振;在低频脉动压力作用下通过减小垫层管垫层包角到一定值可以进一步提高减振效果。

力限振动试验技术进展综述

力限振动试验技术在国外航天飞行器振动试验中广泛开展,主要目的是减轻或抑制振动试验中的过试验现象。介绍了力限振动试验技术的国内外进展情况,并回顾了解决振动试验中抑制过试验的方法,重点针对力限振动试验条件设计方法中力限谱的设计方法及力限参数获取方法方面,对力限振动试验技术进行了综述。最后,对力限振动试验技术的应用前景进行了展望。

基于复阻尼假定的不同材料阻尼特性混合结构抗震分析反应谱CCQC法

寻求合理高效的方法求得构件材料阻尼特性不同结构的地震作用及其效应是工程抗震界最为关注的问题之一。近年来提出的反应谱CCQC法(Complex Complete Quadratic Combination)使问题得到了基本令人满意的解决,该法是基于黏性阻尼假定得到的,但黏性阻尼假定存在能量耗散与激振频率有关的缺陷,导致结构高频模态地震作用效应偏小。复阻尼假定避免了黏性阻尼假定的不足,但通常求得的地震作用效应为复数,不便于工程上应用。采用虚拟激励法推导出新的适合复阻尼假定和平稳随机地震动反应谱CCQC法原始表达式(Original Complex Complete Quadratic Combination,OCCQC)和传统简化表达式(Traditional Complex Complete Quadratic Combination,TCCQC),两个表达式计算结果均为实数,易于工程上应用。与平稳随机振动分析结果相比,OCCQC计算结果较接近,TCCQC计算结果偏小,说明OCCQC比TCCQC更为合理。此外,还借助模态有效质量系数提出模态截断控制方法。

力限振动试验条件设计方法

给出了一种基于复杂二自由度模型的力限振动试验条件设计方法.该方法应用动态子结构法计算试验件结构和支持结构的模态有效质量和剩余质量,根据模态有效质量在频域上的分布情况确定不同频带内振动系统的复杂二自由度模型参数,结合支持结构激励条件给出试验件与支持结构接触面的力谱和加速度谱,在此基础上进行包络,得到力限振动试验剖面.仿真结果表明,由该方法给出的力限振动试验条件,与传统加速度试验条件相比,能更加真实地反应试验件的振动环境.

悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

将悬臂梁作为动力吸振器附加在振动主结构上来达到振动抑制的目的,数值计算分析表明悬臂梁式动力吸振器具有多频减振特性。按照模态理论建立基于悬臂梁的具有集中参数的等效复式动力吸振器模型,悬臂梁的每一阶模态作为一个自由度的弹簧质量系统,把悬臂梁每阶模态的有效模态质量和等效模态刚度作为每一自由度弹簧质量系统的集中质量和刚度。用悬臂梁式动力吸振器的附加动刚度验证等效复式动力吸振器模型的正确性。将悬臂梁式动力吸振器附加在主梁末端,调谐悬臂梁式动力吸振器的前4阶模态达到对主悬臂梁的多频减振效果,证实了悬臂梁式动力吸振器多频减振特性。

用于飞轮微振动抑制的黏弹性-干摩擦阻尼环设计

工程界采用阻尼环抑制飞轮的发射段振动放大和在轨微振动,其抑振机理之一为动力吸振器。受飞轮工作环境的宽域温差影响,阻尼环中采用的黏弹性材料的阻尼和刚度性能将发生变化,破坏有阻尼动力吸振器工作的最优参数条件。针对该问题,进一步研究阻尼环各界面可能存在的干摩擦阻尼的影响机理。建立了黏弹性-干摩擦阻尼环-飞轮系统的多自由度集中参数模型,首先不考虑干摩擦阻尼,根据飞轮系统的有效模态质量确定了黏弹性阻尼环的最优参数;然后以该最优参数为初值,利用遗传算法得到了干摩擦阻尼环和黏弹性-干摩擦阻尼环的最优参数。对比分析了黏弹性阻尼环、干摩擦阻尼环和黏弹性-干摩擦阻尼环在最优参数及非最优参数下飞轮传递到基础的扰动力响应。结果表明,干摩擦阻尼能进一步拓宽黏弹性阻尼环的抑振频率范围,并提高其鲁棒性。