基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构不确定模型更新

由于螺栓结构中存在复杂的微观特征,数值模型中无法避免的会引入不确定性。针对螺栓设计中参数不确定性量化问题,一种基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构随机模型更新方法被提出。首先考虑高阶剩余模态的影响,推导了适用于螺栓组合结构弹性交界面的高精度模态综合法;之后,在贝叶斯推理框架下,通过组合结构的自振频率和振型的概率分布,建立螺栓连接参数的后验概率密度函数,并借助DRAM(delayed rejection adaptive metropolis)抽样方法量化参数的不确定性。数值算例表明,针对各子结构之间自振频率差别较大的结构,与模态综合法相比,本研究方法在较少子结构模态参与的情形下,也可以保证良好的模型更新结果。

基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构

提出一种基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构方法,通过两次坐标变换将全结构缩聚为自由度更少的超单元模型,将超单元模型的模态分为密集模态和剩余模态。通过经验模态分解法分离出已知响应中单阶的剩余模态响应,进而重构出待测位置的剩余模态响应,待测位置的密集模态响应可由模态振型和剩余模态计算得到,通过模态叠加法实现在密集模态下的时域响应重构。进行了数值模拟研究,将待测位置响应的理论值与重构值进行比较以验证该方法的精度和效率,此外还详细研究了主模态数量、子结构划分方式、测量噪声和阻尼对重构结果的影响。结果表明:该文方法通过模型缩聚大大减少了重构的数据量,并且改善了传统EMD方法不能分离频率间隔较小的模态而无法实现响应重构这一不足,无论密集模态存在与否都可适用于结构的应力、应变、位移、加速度等多种动力响应的重构。

船舶结构振动模态综合法

有限元法是复杂结构振动分析的常用计算方法 ,但对于大型船舶结构用有限元法进行较高频率振动分析时 ,要求结构被划分成非常多的单元数以便获得详细的位移和应力特性 ,目前常用的计算机仍然无法对其进行计算 .针对这个问题 ,提出了一种适用于具有弹性联接部件的大型结构振动分析模态综合法 ,它能够在有限的计算机设备资源的基础上分析计算大型结构较高频率的振动特性 .实例计算表明 ,此方法是分析大型复杂结构振动的有效方法 .

改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构动态特性分析中的应用

在保证精度的条件下，为了提高航空发动机动态特性分析的计算效率，针对传统混合界面子结构模态综合法（Hybrid interface substructural component modal synthesis method, HISCMSM）综合后还可能存在计算量大的问题，提出一种改进的HISCMSM。该方法将综合后的模型进一步减缩，建立了叶片＋轮盘的组合结构的参数化模型，对各个子结构建立有限元模型（Finite element model, FEM）并综合求其模态和振型。与整体结构有限元法相比，计算时间缩短23.86%～35.74%，模态偏差不大于0.49%，而传统法，其计算时间缩短14.63%～29.20%，模态偏差不超过0.57%，可见，该方法计算效率比传统法有显著提高，尤其是在高价模态求解时，计算效率提高的更加明显，同时分析了谐调与失谐叶盘结构模态位移、模态应力和模态应变能的分布，发现叶盘结构失谐后其对称性被破坏，出现了局部化现象，且随着失谐幅值的增大，振动逐渐向少数叶片集中，局部化现象越来越明显，为下一步的动态响应以及概率分析奠定了基础。

航天器子结构模态综合法研究现状及进展

现代航天器结构十分复杂,无论采用计算方法还是试验方法进行分析都是十分艰难的。在这样的研制背景下,子结构模态综合法应运而生。系统地回顾和总结了三大类子结构模态综合法的发展历程和相应的改进,介绍了该方法在航天工程上的应用。采用该方法可极大地提高航天器型号的研制效率。提出了子结构模态综合法面临的问题。

弹性管束动态特性子结构模态综合法

弹性管束换热器利用流体诱导振动强化传热,识别换热元件的模态特性对于了解其运行机理、优化结构设计有重要意义。基于此,运用子结构模态综合法,先推导出弹性管束每个部件的运动方程,然后根据相容性条件进行装配,从而得出弹性管束在模态坐标下的自由振动微分方程。用数值方法求解该方程,得出结构的固有频率和振型,并对模态频率和振型变化进行详细分析。结果表明:弹性管束既有面内振动又有面外振动。在管束内外复杂流场的宽频激励下,弹性管束的振动是各阶振型合成的复杂运动,从而初步解释了其强化传热的机理。

运用模态综合法的车桥自激激励耦合振动分析

针对车桥耦合振动影响自动化码头集装箱小车-低架桥结构安全和使用效率的问题,基于双协调自由界面模态综合法求解了车桥系统在轨道不平顺和轮对蛇形运动自激激励下的耦合振动时域响应,轨道不平顺时程通过Shinozuka一元多维平稳随机过程模拟法从轨道谱生成。用量纲分析法推导了结构动力模型相似条件,设计了试验模型,结合模型试验分析了铅芯橡胶支座、小车速度对车桥耦合振动响应的影响。模型试验与原型仿真结果相互验证表明:模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;使用铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应和支柱反力;车桥加速度响应随着小车速度的增大而增大,系统横向共振临界车速低于竖向车速,临界车速可由简支梁在移动集中力作用下车桥共振条件来估算。

一体化转子系统动力分析的预应力模态综合法

针对盘片轴一体化转子系统的大规模网格问题,提出用于该类结构动力分析的预应力模态综合法.对前两级整体叶盘进行静、动频分析,给出了影响一体化结构动力分析精度的模态截断数的选取原则,同时验证了本文方法的准确性.计算了盘片轴一体化转子系统的静、动频,给出了旋转作用对该系统模态的影响.比较整体叶盘与一体化转子的模态结果发现,引入转轴的作用使叶片振型对应的动频降低,且一体化转子振型中存在叶片、轮盘及转轴之间的耦合振型,这阐释了利用预应力模态综合法进行大规模网格盘片轴一体化结构动力分析的重要性.

基于改进剩余柔度矩阵的自由界面模态综合法

传统的自由界面模态综合法在求解过程中,模态截断后没有或没有很好地考虑剩余模态的影响,精度较差.这里提出了一种对传统自由界面法进行柔度矩阵改进的方法,这种方法恰当地考虑了模态截断后高价模态的影响,把模态截断后由低价模态柔度矩阵表示的高价模态改进后的柔度矩阵计入了子结构的运动方程,因而结构动态计算精度得以提高,并详细陈述了该改进柔度矩阵的推导过程.通过算例表明,与传统自由界面法相比,该方法明显提高了结构动态响应的求解精度,能满足工程需要,因此可以应用于大结构的动态分析中.

模态综合法在阀门模态分析中的应用

随着计算机的日益发展,模态综合法在结构模态分析中的应用越来越广泛。介绍了模态综合法的理论基础,并详细阐述了固定界面模态综合法。基于ANSYS软件并以一阀门为例,比较了完整模型与子结构的前十阶模态,通过比较发现二者差别甚小。而模态综合法的求解规模以及计算量相比于完整结构则要小得多,这就大大提高了工作效率。同时也为模态分析的网格精细化提供了可能性,从而使得有限元分析的精度得到改善。这最终也为模态综合法在结构设计的广泛使用提供了依据。

用自由界面模态综合法研究发动机—排气管—涡轮增压器系统的振动

将发动机整体系统分解成发动机主体和排气管+涡轮增压器两个子系统,分别建立动力学模型,然后用自由界面模态综合法进行系统综合,获得整体系统的振动模态和振动响应,计算结果与实验结果相吻合。计算得到的涡轮增压器轴承座处的振动响应,可以作为发动机对涡轮增压器转子的基础激励进行转子动力学研究。

模态综合法在双转子系统建模中的应用与验证

为寻求一种便捷的双转子系统的建模和模型维数缩减方法,开展了ANSYS有限元商用软件和固定界面模态综合法在双转子系统中建模中的应用研究。由ANSYS获取系统的质量矩阵和刚度矩阵,建立系统的运动方程,并利用固定界面模态综合法实现系统方程维数的缩减。利用模态质量矩阵和模态刚度矩阵的特性验证了系统参数的正确性;进行了系统临界转速特性计算,利用ANSYS软件(有限元方法)计算结果进行了对比验证,并分析了模态截止频率对临界转速的影响;开展了双转子系统的匀变速过程的瞬态分析,进行了试验验证。结果表明:建模方法正确、可靠,并能便捷地进行双转子响应特性的计算。

基于势能判据的约束模态综合法截断准则

为提高大型复杂结构体系的计算效率,在深入分析约束模态综合法原理的基础上,定义了由不同主模态截断阶数产生的位移向量组成的线性空间,建立该空间上的一个函数,通过数学定理详细证明了该函数是线性空间上的范数,并以该范数的最大值定义势能判据,推导出势能判据与子结构主模态截断数量之间的关系,据此提出了一种基于势能判据的子结构主模态截断准则。此外对于约束模态综合法,还推导了以机械能为判据的情况,证明了约束模态法中子结构的机械能随截断主模态数量的变化曲线并不是单调的,故不适用于约束模态法。最后将势能判据截断准则应用到地基土-高层建筑相互作用体系的地震响应分析问题中,进一步对所提出的模态截断准则的计算精度进行对比研究。研究结果表明,所提出的势能判据截断准则是十分有效的,而应用于振型叠加法的机械能判据不宜应用于约束模态综合法中。

含超单元连接子结构的自由界面模态综合法

根据模态综合法中连接子结构的定义,认为连接子结构实际上是一种将全部界面坐标作为主自由度的超单元.在此基础上,分别利用静力变换和动力变换将连接子结构变换成超单元,推导了界面位移和界面力双协调条件下的自由界面模态综合法(超单元间接法).该法保留了自由界面法的可大大缩减系统自由度、精度高的优点,并且由于引入了超单元连接子结构,可合理近似集中阻尼,在局部非线性结构动力分析问题中亦具有广泛应用前景.最后,将超单元间接法应用于自动化码头桁架桥结构的固有频率和地震反应计算,将铅芯橡胶支座视为超单元连接子结构,分析了静力变换和动力变换超单元间接法的计算精度和效率,并得到了在铅芯橡胶支座不同配置形式下桁架桥的固有特性.

基于键合图方法的自由界面模态综合法及其应用

将键合图用于动态子结构分析和研究 ,提出了一种新的求解自由界面模态综合法的基本原理 ,推导出两个子结构自由界面模态综合法的计算方法 ,获得其相应的特征谱矩阵和振型矩阵。文中给出的算例表明 ,基于键合图方法的自由界面模态综合法方便有效 ,结果准确 ,并确保了整体结构分割前后的键合图模型统一。

多重多级子结构方法与模态综合法的对比研究

利用高精度多重多级子结构方法与传统的动力子结构模态综合法(MSC.Nastran超单元法)进行对比研究.该算法采用Lanczos方法与子结构周游树技术,考虑了各子结构内部自由度对整体求解的贡献,算法精度得到显著提高,并与不作凝聚的单一整体结构分析具有相同的计算精度.数值结果表明多重多级子结构方法相比于模态综合法在子结构划分及多层次调用上更为灵活,计算结果不受复杂子结构划分方式的限制和出口点选取的影响,在高阶频率的计算方面精度更好.

模态综合法在ANSYS中的应用

针对子结构分析理论日趋成熟并广泛应用于结构分析计算,但对ANSYS相关具体操作论述较少的情况,介绍子结构分析方法,重点阐述固定界面模态综合法(Component Mode Synthesis,CMS)在ANSYS中的应用及其使用要点和操作步骤.通过对某舵机基座的计算与分析,对比有限元分析结果和模态综合法结果,说明该方法具有实用性.

一种新型自由界面子结构模态综合法的研究

将键合图用于动态子结构分析和研究 ,获得其相应的特征谱矩阵和振型矩阵 ,提出一种新的求解自由界面模态综合法的基本原理 ,推导出两个子结构自由界面模态综合法的计算方法。文中给出的算例表明 ,基于键合图方法的自由界面模态综合法方便、有效、结果准确 ,并确保了整体结构分割前和综合后的键合图模型的统一。

应用模态综合法求解自动化码头桁架桥的固有特性

应用固定界面模态综合Craig-Bampton法和双协调自由界面模态综合法求解自动化码头低架桥桁架结构刚性连接下的固有特性,比较了两种方法的优缺点,发现双协调自由界面法的计算精度高于固定界面C-B法。以3种不同的形式划分子结构,通过比较整体结构固有频率计算结果,提出若干划分子结构的原则,得出子结构的高阶主模态的频率越高则计算精度越高的结论。在此基础上,基于连接子结构可经Guyan静力变换成超单元,推导了界面位移和界面力双协调的含超单元连接子结构的自由界面模态综合法。将该法应用于含铅芯橡胶支座弹性连接下桁架桥的固有特性分析,结果表明铅芯橡胶支座对结构调频效果明显。

一种改进的固定界面模态综合法

针对传统模态综合法中由于高阶截断模态带来的计算误差问题,提出了一种改进的固定界面模态综合法。该方法将传统方法中截断舍弃掉的高阶模态部分展开成级数的形式,并保留级数的前r项参与计算,然后将子结构界面协调条件推广至高阶,剔除了这些级数保留项之间可能出现的线性相关问题,并将保留的前r项级数改写为广义坐标的形式,作为传统模态综合法中约束模态和低阶模态的修正项以提高计算精度。与其它改进方法相比,该方法既保留了高阶截断模态的影响,又不会出现非线性特征值迭代求解问题或Ritz基线性相关的问题。数值算例的结果表明本文提出的方法可以在参与综合的模态阶次不变的前提下,有效地提高计算精度,也说明了本文方法的有效性。