粘弹结构模态损耗因子分析的修正模态应变能法

为了研究粘弹结构的阻尼特性,采用传统变形能理论建立了粘弹结构结构损耗因子的计算模型,并对相关阻尼参数进行了优化分析;通过研究传统模态应变能法与已有3种改进方法的原理及其相互关系,提出了一种新的修正模态应变能方法,新方法中修正因子随不同阶次模态损耗因子的幅值而变化。以一种四参数原型系统为依据,通过对4种模态应变能法的误差分析表明新修正方法对结构损耗因子与固有频率的计算误差最小;选取两个算例,通过对结构损耗因子与固有频率采用修正模态应变能法、变形能法、传统模态应变能法及相关文献有限元法的计算结果表明:修正模态应变能法可以满足工程设计的要求,且计算误差最小;修正模态应变能法可为粘弹结构阻尼特性与结构设计及改进等领域的研究提供一定的理论参考。

基于修正模态应变能法的硬涂层薄板阻尼性能预估

在考虑硬涂层材料的小阻尼特点以及经典模态应变能法计算误差的前提下,提出了一种适用于硬涂层复合结构阻尼性能预估的新方法.推导了修正模态应变能法的原理性公式.以一个涂敷Mg-Al硬涂层的悬臂薄板为例进行了实例研究,并讨论了硬涂层材料参数、涂层厚度对结构系统阻尼性能的影响.结果发现增大硬涂层的杨氏模量、损耗因子及厚度均可提高复合结构的阻尼性能.相关研究成果可为硬涂层材料制备及阻尼减振设计提供参考.

基于ANSYS模态应变能法驱动轮过渡阻尼减振结构参数优化

为获得减振效果更加优异的驱动轮过渡阻尼减振结构设计参数,运用ANSYS参数化语言对两种驱动轮过渡阻尼减振结构进行建模。通过模态分析,计算前3阶模态驱动轮过渡阻尼减振结构的阻尼层耗能占总耗能的比率,并应用模态应变能法求取前3阶模态损耗因子,确定了该减振结构中阻尼层与过渡层相对最佳位置。在满足过渡层和阻尼层许用应力应变的条件下,建立了以结构前3阶多模态为优化目标,以基层、约束层、过渡层、阻尼层厚度,过渡层、阻尼层材料剪切模量和材料损耗因子为设计变量,利用了ANSYS 1阶优化对驱动轮过渡阻尼减振结构进行了优化设计。优化结果表明:优化后驱动轮过渡阻尼减振结构的基层、阻尼层厚度较优化前都略有增加,过渡层厚度则减少了0.00489 m,占驱动轮过渡阻尼减振结构优化前过渡层厚度的48.9%;优化后减振结构中的阻尼层与过渡层的弹性模量相差约2个数量级,且阻尼层与基层(约束层)的弹性模量相差约5个数量级;阻尼层材料损耗因子则需大于过渡层材料损耗因子。本文理论和方法可为驱动轮过渡阻尼减振结构应用在工程机械上提供一定的参考,同时对于ANSYS优化在各种车辆结构设计中的运用具有一定的借鉴价值。

考虑温度梯度的模态应变能法海洋平台损伤检测研究

针对导管架式海洋平台,研究了海水温度梯度对结构整体损伤检测方法之一的模态应变能法的影响。以一个导管架平台为模型,考虑温度对钢材弹性模量的影响,建立了该平台在模拟的海水温度梯度下的有限元模型。通过使用模态应变能法对该模型进行损伤检测,总结了温度梯度对基于模态应变能法的海洋平台损伤检测的影响规律。结果表明温度梯度会使该方法损伤定位能力变弱,对结构冗余度越大的构件影响越大;同时会使损伤程度识别精度降低,构件结构冗余度越大、损伤程度越小,影响越大。

空间框架结构裂纹位置识别的模态应变能法

提出了空间结构裂纹位置识别的模态应变能法 .该方法将单元模态应变能分解为拉压、扭转和弯曲模态应变能 ,利用单元的主要模态应变能分量与结构固有频率的改变量对结构裂纹位置进行识别 .数值实验分析表明 。

基于模态应变能法的导管架平台损伤诊断试验研究

基于模态应变能法研究了导管架平台的结构损伤诊断问题,利用模型试验研究了模态应变能法对不同模态之间影响的敏感性;研究了模态应变能法的损伤定位和损伤估计的可靠性。采用标量型ARMA模型识别出结构的三阶模态参数,采用模态应变能法分别利用结构的前两阶模态参数和前三阶模态参数对不同损伤工况进行了损伤定位和损伤评估。研究表明,模态应变能法对不同模态之间的影响不敏感,具有较高的损伤定位精度,但损伤程度估计的精度不理想。

基于改进模态应变能法的传感器布置探讨

为了探究大型结构中的传感器优化问题,对原有的模态应变能法进行研究,并对模态应变能法进行改进。以武汉某大桥为算例,通过改进的模态应变能法对其进行传感器优化布置。结果表明:改进的模态应变能法,更多地保留了结构的信息,更加准确地反映了结构的特性。

模态应变能方法精确性和适用性研究

介绍了非比例阻尼体系动力分析的模态应变能方法和状态方程法,在频域内和时域内分析比较了具有Maxwell阻尼的多自由度模型响应的精确解和近似解,并据此分析了模态应变能方法的精确性和适用性,数值算例结果表明:在一定条件下模态应变能方法具有较高的精确性,同时在工程应用方面该方法也具有较好的适用性。

含干摩擦耗散结构的非线性模态分析方法研究

建立了含干摩擦耗散特性的阻尼器结构非线性模态高效分析方法。以干摩擦梁模型为例,综合采用多谐波平衡法及雅可比矩阵快速计算方法,实现含干摩擦梁模型的非线性模态高效分析,提出通过模态应变能法对非线性模态阻尼比计算结果进行验证的技术途径。结果表明:所建立的含干摩擦耗散特性结构的非线性模态高效分析方法能够有效揭示非线性模态频率与非线性模态阻尼比的振幅相关特性,可以直接评估干摩擦阻尼能力,为后期干摩擦装置的动力学设计和优化提供理论指导。

考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法

为了对附加阻尼结构的振动响应进行准确计算,提出了一种考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法,可以准确提取附加阻尼结构的模态参数并计算振动响应。阻尼材料的材料属性会受到激励频率的影响而变化,导致附加阻尼结构的建模和振动响应计算不够精确;因此在传统模态应变能法的基础上,建立了考虑材料频变特性的改进模态应变能法,提取了复合结构的模态参数,并通过模态试验验证了所提取模态参数的准确性;并在振动响应计算中准确计入了模态参数,对比了测试点在仿真和试验中的加速度频响曲线,验证了响应计算方法的准确性。结果表明该方法可以准确提取附加阻尼结构的模态参数,并能在一定频段范围内准确计算其振动响应。

分布振子复合板的模态阻尼及多点激励下阻尼减振相关性

分布阻尼振子可拓宽结构减振频带,因此可将振子分布于板中以形成复合板(简称“分布振子复合板”),进而实现较宽的减振频带.对于多点支撑处受到宽频非一致激励(例如在不同激励点处的激励频率、幅值与相位有差异)的分布振子复合板,目前还缺乏有效简便的优化控制指标.在作者之前的研究中,针对含分布振子的梁推导了基于模态应变能的模态阻尼计算理论,讨论了模态阻尼与单点激励下梁的减振效果的相关性,并应用于宽频减振设计优化.本文进一步将模态阻尼计算理论推广到分布振子复合板,并将研究从梁的单点激励扩展到板的多点非一致激励下的阻尼减振相关性.首先,在利用模态应变能法推导得到分布振子复合板的模态阻尼计算公式后,从理论上讨论了不同边界条件与模态阶次对计算结果的影响,以及计算理论的适用性.而后,进一步通过有限元参数分析了边界条件、频率比、模态阶次与质量比的影响.最后,通过算例分析了无振子板或分布振子复合板在四个激励点具有多种幅值与相位组合情况下的稳态响应.结果表明,推导的模态阻尼计算公式可正确预测不同边界条件下的模态阻尼,且理论预测的模态阻尼与基板的稳态平均加速度减小率、稳态峰值应变能减小率均有较高的相关性.

推进剂粘弹性对固体火箭飞行模态特性的影响

常规固体火箭振动模态特性分析中不考虑推进剂粘弹性的影响,实际上在飞行过程中推进剂的粘弹性会使固体火箭呈现复杂、变化的模态特性。飞行过程中,一旦结构的某阶模态与燃烧室声腔发生耦合振动,就有可能诱发燃烧不稳定,因此有必要掌握全箭实时模态参数。针对粘弹性推进剂使得火箭飞行过程实时模态参数难以预测的问题,提出了一种数值仿真模型修正方法,以空、满载固体火箭地面模态试验结果与仿真结果进行对比,证明了方法的准确性。对空、满载火箭模态参数进行对比还可以发现,当推进剂厚度随着燃烧逐渐变薄,全箭在弯曲振动中,发动机壳体的截面变形逐渐增大;发动机呼吸振动幅值也随之变大。在已知燃面退移量的前提下,可准确预示全箭在飞行过程中的实时模态参数,极大提升了固体火箭在飞行过程中的振动问题的分析及排查能力。

基于结构动力学特性的高桩码头横向排架传感器优化布置方法

为了对高桩码头结构健康监测系统中的传感器布置提供理论指导,提出了一种基于结构动力学特性的传感器优化布置方法。在对高桩码头代表性结构单元横向排架进行结构动力学分析的基础上,运用模态应变能法选择高桩码头横向排架传感器初始测点;建立初始模态矩阵,然后利用模态置信度法和序列法对模态矩阵进行迭代、优化,确定传感器测点布置。建立了单个横向排架的数值仿真模型,利用传感器优化布置方法得到横向排架7根桩基的传感器测点布置结果,并对测点布置进行评估。模态向量间的夹角趋于正交,传感器布置方案有效,证明该传感器优化布置方法适用于高桩码头的传感器优化布置。

频率依赖性黏弹性复合板动力学特性计算方法

将涂覆黏弹性阻尼的压气机叶片简化为考虑频率依赖性的黏弹性复合板,基于经典模态应变能法推导了一种修正的模态应变能法,用于黏弹性复合板的损耗因子计算。设计了一种基于修正模态应变能法的迭代求解方法,通过算例分别使用该计算方法与复特征值迭代法计算考虑频率依赖性的黏弹性复合板动力学特性。结果表明:基于修正模态应变能法的迭代求解方法在提高运算效率的同时,能够准确地计算出频率依赖性黏弹性复合板的动力学特性。

约束阻尼控制锥筒塔架的阻尼特性分析与试验研究

海上风力发电塔会受到风荷载、波浪荷载等多种复杂动力荷载的作用,有必要对其进行振动控制.大径厚比的锥筒塔架结构是海上风力发电塔的重要支撑结构形式.本文提出约束阻尼控制风电塔筒的方案,并研究了约束阻尼对典型锥筒结构低阶模态阻尼特性影响.首先,建立锥筒结构的有限元模型,利用模态应变能法计算复合结构的模态损耗因子,并讨论了布置位置对模态损耗因子的影响.进一步地,通过锥筒结构模型的锤击模态试验测量得到结构模态频率与阻尼比,结果表明,利用约束阻尼可有效提高锥筒支撑结构的模态阻尼.

结构动力分析阻尼模型研究

提出了结构动力时程分析修正的Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼模型和一个基于单元特性的阻尼参数方法，可用于合理确定复杂阻尼结构的阻尼参数。工程应用实例表明，阻尼参数的计算对时程响应计算结果的影响是十分明显的，必须在分析结构体系振动特性的基础上慎重确定阻尼参数，以避免人为放大或滤掉主要振型，造成虚假的结论。

复杂阻尼结构阻尼模型研究

复杂结构动力分析过程中,阻尼比的计算显得非常重要。由于复杂结构的阻尼模型具有特殊性,对如何确定阻尼比等参数,至今没有较好的理论和方法。针对由多种不同阻尼特性材料建造的复杂结构,提出了一种基于换算模态阻尼比的阻尼模型。通过复阻尼理论和模态应变能法,推导了换算模态阻尼比,并得到了换算模态阻尼比与各种材料阻尼比之间的关系。将所提出的方法应用于工程结构,该方法计算的动力响应与子结构瑞雷阻尼法相比,其精度更高,接近于单元阻尼比法的结果。由于其方法简单、物理意义明确,在复杂结构动力分析中具有广泛的应用前景。

岩棉夹芯金属屋面板的阻尼性能研究

岩棉夹芯金属板广泛应用于大跨度屋盖结构中,其弱刚度和阻尼性能会改变屋面脉动风荷载特性并影响屋盖结构的风振性能,但目前在设计中还鲜有考虑。对岩棉夹芯材料的拉压强度、弹性模量和泊松比等基本力学参数进行了测试。采用振动梁法进行了岩棉夹芯材料的阻尼性能试验,根据试验结果拟合得到了其损耗因子-频率曲线。进一步对一块0.4 m×2 m的典型跨度岩棉夹芯屋面板的阻尼特性进行数值分析,运用模态应变能法计算出该屋面板各阶模态下的损耗因子。结果表明,岩棉夹芯金属屋面板的模态损耗因子可高达0.5,其中垂直屋面板主振型的最小损耗因子都接近0.2,说明屋面板的阻尼效应在结构风振分析中不容忽视。

玻璃纤维夹芯材料力学性能与阻尼特性分析

对大跨度建筑用复合金属屋面板的玻璃纤维夹芯材料的力学性能进行了试验测定。测得了玻璃纤维棉层压方向和顺纹方向的拉压强度、弹性模量和泊松比等基本力学参数,结果表明层压方向和顺纹方向的力学性质不相同。采用振动梁法进行了阻尼特性试验,得到了材料损耗因子的值,并根据试验数据拟合出了玻璃纤维棉损耗因子-频率的曲线,在测试频率范围内材料的损耗因子值为0.5左右,表明该材料为高阻尼材料。进一步以一块玻璃纤维夹芯复合金属板为算例,采用模态应变能法对其阻尼特性进行了数值分析。玻璃纤维夹芯复合屋面板的各阶模态损耗因子在0.3～0.5左右,表明玻璃纤维夹芯复合金属板具有较高的结构阻尼,在大跨度结构风振计算中将玻璃纤维夹芯复合金属屋面板看作刚性板是不正确的。

红石拱桥损伤检测与识别

在吉林红石混凝土拱桥的健康监测中，采用以动态观测为基础的柔度投影法与模态应变能法相结合进行损伤识别．通过越障试验获取必需的拱桥振动模态与振动频率等参数，以柔度投影法为主进行损伤定位识别，以模态投影法为主进行损伤定量，可以获得较好的效果．该方法简便易行。并具有一定的识别精度．建议在实际工程中推广应用．由于在损伤定量识别中还存在一定误差，最大偏离可达30％～40％，需要进一步研究改进．