圆柱壳体动力响应中的模态参与问题研究

以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应,基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明,与圆柱壳体模态特性分析不同,在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响;冲击激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关;旋转行波激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。

基于实测应变的时域模态参与因子识别研究

提出一种基于优化结构表面应变测点实现结构振动模态参与因子的时域识别方法,该方法针对激励频率接近或高于结构基频的复杂结构振动响应测试问题,通过有限元模态分析,选择合适的应变测点数,利用D优化设计理论在适宜测试候选区内优化最佳测点位置和方向,结合优化测点组的模态应变矩阵,运用最小二乘法估计结构振动模态参与因子,由模态叠加基本原理,得到结构整体应变响应。通过悬臂梁试件激振扫频试验验证了本方法的可行性。对高速列车某型齿轮箱箱体加15%幅值误差的仿真动态应变进行模态参与因子估计,模态参与量总和为98.9%的三阶模态参与因子估计的RMS误差最大为3.66%,箱体的模态参与因子识别效果较好。

基于流固耦合和模态参与因子的低噪声油底壳优化设计研究

进行了流固耦合油底壳模型的振声预测,结果与试验吻合较好。结合模态参与因子和声功率级曲线确定了优化目标,采用多目标形貌优化对油底壳进行低噪声结构优化设计,通过合理增添加强筋,优化后总辐射声功率级降低了2.1dB。对塑化后的PA66工程塑料油底壳进行了噪声预测,与原金属油底壳相比,塑料油底壳减重30%,噪声降低了3.4dB,综合性能优异。研究结果表明:对油底壳进行结构优化和塑化均取得明显降噪效果,为低噪声油底壳设计提供了新思路。

基于模态参与消减的直连拉索连接惯容系统的简易算法

高层建筑各层加速度响应峰值往往受到高阶模态的影响,文中通过模态参与消减机制来探究高层结构的模态参与因子对结构振动响应的影响,旨在消除高阶模态的影响,为实现高层建筑结构层间位移和加速度的同步控制提供新的设计方案。首先,基于地震输入减少特性,总结了直连拉索连接惯容系统的控制特点;然后,推导了基于模态参与消减的直连拉索连接惯容系统解析设计公式,从解析的层面揭示了惯容的表观质量与各阶模态参与因子的关系。基于该公式通过惯容表观质量的合理设定可以对模态参与因子进行调节,为拉索连接惯容系统的简化参数设计提供依据;最后,文中提出了全模态参与消减的简易算法,解决了全模态参与消减的惯容系统的实用化设计问题。

基于模态参与因子的无轴承开关磁阻电机振动分析与抑制

本文采用模态叠加法求解了12/8极单绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor with Wider Rotor Teeth,BSRMWR)在不对称径向磁拉力作为激励力下的振动位移响应,针对BSRMWR振动大的问题,研究了一种基于模态参与因子的壳体结构优化方法来抑制其振动。通过对模态参与因子的分析,可以确定各阶模态对BSRMWR振动响应的贡献量,基于此对BSRMWR壳体进行加筋优化处理。在加强筋均匀分布的情况下,保持总用量一定,对壳体加强筋的厚度进行了分析,对比了单向加强筋和双向加强筋模型下的振动位移响应,分析结果表明:在BSRMWR壳体合理添加加强筋对其振动响应有显著抑制作用。

基于模态参与因子的白车身动刚度优化

为使整车的NVH性能得到控制和优化,本文以后减振器接附点的动刚度优化为例,在动刚度分析理论基础上结合模态参与因子分析法,根据贡献度较大的模态振型对接附点的动刚度进行设计优化。车身动刚度仿真分析结果表明,所优化的后减振器接附点的动刚度达到了目标要求。

大跨悬挑屋盖风振响应参与模态分析

根据援巴哈马体育场和援几内亚体育场主看台悬挑屋盖风洞试验数据结果,分析和探讨了采用频域分析法计算大跨度悬挑屋盖风振响应时应考虑的结构模态数和频率范围,得到强风作用下悬挑屋盖结构均方根位移与内力响应随参与计算的模态数和频率范围的变化规律,并从屋盖表面测点风压谱密度的角度解释了这种变化规律。

高层建筑风振响应参与模态分析

根据一实际超高层建筑风洞试验数据结果,采用频域分析法计分析和探讨计算超高层建筑风振响应时应考虑的结构模态数和频率范围,得到强风作用下该超高层建筑均方根位移与内力响应随参与计算的模态数和频率范围的变化规律,同时从该超高层建筑表面测点风压谱密度的角度解释了这种变化规律。

基于功能原理的颤振模态参与度分析方法

颤振边界与颤振耦合机理对飞行器设计与颤振试验设计有着重要意义。模态坐标下的颤振计算通过各阶广义坐标的变化特性来确定颤振边界,并对颤振耦合机理进行分析。然而这常常依赖设计人员的工程经验,难以保证判别标准量化统一。基于功能原理提出了一种新的颤振模态参与度分析方法,通过广义坐标下广义气动力做功的能量累积,实现颤振模态参与度分析。分别采用频域方法与CFD/CSD方法对AGARD445.6标模进行颤振计算,验证了所提模态参与度分析方法的正确性。随后针对双体飞机颤振计算中发现的"漂移频率"现象,使用所提方法进行了解释,凸显了方法的优势。综合表明,所提模态参与度分析方法较好地反映了颤振耦合机理,具有指标正确可靠、结果归一化强、物理意义明确、适用于复杂结构复杂模态的特点。

特高压直流输电塔风振响应参与模态分析

为了使工程设计人员更加深刻理解风振系数,同时在输电塔设计时更加简便的考虑风荷载,本文详细介绍了基于准稳定理论计算输电塔风振响应的方法,并以某±800 kV特高压直流输电塔为例,分析了其风振响应与参与计算模态的关系。结果表明,随着特高压输电塔横担长度的逐渐增加,风振计算时扭转模态不容忽略;现行规范风振系数计算公式仅适用于侧向振动的情况,考虑扭转振型后的风振系数计算非常困难,建议采用荷载效应组合,使输电塔风荷载工况下的构件计算更加科学、简便和直接。

基于模态声学贡献量的减速箱降噪技术研究

以单级人字齿轮减速器箱体为研究对象,采用FEM/BEM方法计算了箱体的辐射噪声,分析了箱体振型对辐射噪声的影响。通过计算各阶模态的模态参与因子以及模态声学贡献量,确定了对箱体输入侧、输出侧场点上的辐射噪声贡献最大的模态阶数。依据模态声学贡献量分析结果,提出了肋板和阻振质量的合理布局方式。分析结果表明,箱体各面板的弯曲振型对辐射噪声的影响最明显;当声学贡献最大的模态确定后,在对应振型中各面板弯曲振型最明显的位置添加肋板或阻振质量,可明显降低面板同侧场点上的辐射噪声。

车辆动力传动系统弯扭耦合振动模型的建立及复模态分析

以某履带车辆的多轴齿轮动力传动系统为研究对象,按照一定的简化原则建立多自由度的弯扭耦合振动力学模型,并针对弯扭耦合振动力学模型的特点,利用有限元理论与数学模型的相结合,在ANSYS中建立考虑齿轮的啮合刚度和啮合阻尼,以及轴承的支承刚度和油膜阻尼的有限元模型,对有限元模型进行有阻尼的复模态计算,并对弯扭耦合振动特性进行分析。探讨耦合模态中的振动形式以及模态参与因子和有效质量,研究齿轮时变啮合刚度和啮合阻尼对多轴齿轮动力传动系统弯扭耦合振动模态的影响情况。对齿轮传动系统进行弯扭耦合振动台架试验,将试验数据与仿真计算结果进行对比,验证了有限元模型的正确性,为进一步的动力学分析奠定了基础。

基于模态扩展的变速器箱体振动识别及辐射噪声优化

提出一种基于模态扩展技术的变速器箱体振动识别方法.以某变速器为例,应用有限元方法计算出变速器箱体的模态频率和特征向量,通过试验测得箱体在运行工况下部分点的振动加速度,将振动加速度映射到有限元模型上,得到各阶模态的参与因子,依据模态参与因子与特征向量识别箱体有限元模型中所有节点的振动加速度.研究表明,识别出的加速度值与实测值的最大平均残差为9.7%,基于模态扩展技术的箱体振动识别方法有效.最后根据识别的加速度计算变速器箱体辐射声功率,确定了3个辐射声功率较大的区域并进行优化,优化后的变速器箱体辐射声功率最大下降1.8dB.

量测模态数量对结构损伤识别影响数值模拟研究

基于不完备信息开展土木工程结构损伤识别研究是一个热点、难点问题。利用结构部分节点振型分量以及低阶固有频率对一两层框架结构进行了损伤识别数值模拟研究,着重考察了量测模态数量对损伤识别精度的影响,为实际结构损伤识别信息的选取提供了一定依据。

基于模态贡献量的转向架接地轴端异常振动分析

以某型列车转向架为例,基于模态相关性原理,采用有限元计算和试验相结合的方法,建立了接地轴端的有限元模型,分析转向架接地轴端异常振动问题。通过对轴端关键部件进行模态分析和模态贡献量分析,得到了引起接地轴端异常振动的主要模态。分析结果表明,轴箱转臂在垂向的弯曲振型对振动的影响最为明显。提出了相应的振动控制措施,可为今后解决车辆局部振动问题提供参考。

基于柴油机机座结构的有限元模态分析方法

利用大型通用有限元分析软件MSC.patran/Nastran,以某船用柴油机机座结构为算例,并且结合类似研究中对约束条件的讨论,进行初步的线性无阻尼模态分析。在船用柴油机机座的模态分析中常存在的局部模态无法辨识,整体模态振型无法提取的实际应用问题,因而本文分别提出模态有效质量系数以及"虚拟梁"2种技巧。通过有效质量系数来进行模态结果的筛选得出具有主要影响作用的主模态,从而剔除了局部模态。通过虚拟梁的方法提取由于局部变形而无法观察到的结构整体振型。在此基础上以期能够更加深入的进行有限元模态分析,有效地将计算数据提取并加以利用。该算例得出的计算结果以及计算方法还能扩展为同类型的机座结构进行针对性的动力学优化计算。

基于模态应变能的结构模态截断分析

在大型结构动力响应分析时,应从结构分析目标、计算精度和分析效率等方面综合权衡,合理截取结构参与模态.首先对梁结构理论分析,将结构自身特性、激励特性与结构动力响应联系在一起,探究结构在特定激励环境下的位移响应、应力响应和模态应变能.通过分离结构各阶模态应变能,构建模态应变能比值函数r,当结构第N阶固有频率大于激励频率,且前N-1阶模态应变能总和与前N阶模态的应变能总和之比接近于1时,截取前N阶模态进行结构动力响应分析将具有较好的精度,从而提出了基于模态应变能的结构模态截断技术.基于该模态截断方法,采用结构有限元方法分析一钢结构平台在不同频率的环境激励下的结构应变能,说明该模态截断方法的有效性.

模态静力非线性分析中模态选择的研究

本文应用模态静力非线性分析方法,对多个算例进行了静力非线性分析。比较分析了不同振型组合对计算精度的影响,对模态选择的参数进行了研究,提出采用模态质量参与系数进行模态选择的控制,为模态静力非线性分析方法的推广使用提供参考。另外,分析了结构基本周期对该方法计算精度的影响。

考虑模态质量耦合的随机振动准静态载荷计算

针对目前模态质量参与法没有考虑模态质量耦合影响而导致模态密集时随机振动准静态载荷计算出现较大误差,从多自由度振动方程出发,利用模态理论和随机谱理论,分析推导出包含模态质量耦合作用的完全模态质量参与法,分析了耦合项的影响规律。此改进的模态质量参与法可用于计算包括密集模态在内的随机振动准静态载荷,并针对模态频率比大于0.95的密集模态给出简化计算公式。以一个算例验证了密集模态的准静态加速度载荷计算。

掘进机截割臂的模态分析与振动仿真

介绍了截割臂的模态计算分析过程,对截割臂的模态参与程度进行分析并提出了数学处理方法,对截割臂的振动响应程度进行了分析并阐述了频率范围与振动幅度的关系。