基于能量有限元法的耦合层合梁振动分析

为了克服有限元法和统计能量法在中高频段振动分析的不足,本文采用能量有限元法开展了复合材料层合梁的中高频振动分析。基于一阶剪切变形理论,推导了复合材料层合梁的时间平均和空间平均的能量密度和功率,建立结构的能量密度控制方程。根据功率流的连续性建立耦合节点处的连接矩阵,得到总体能量有限元方程。利用有限元方法求解得到对称层合梁的能量密度分布。与波传播法的对比验证了本文耦合层合梁能量有限元模型的准确性。采用Timoshenko梁模型和Euler梁模型计算不同细长比的层合梁的振动,发现转动惯量和剪切变形效应会对较高频段下的振动响应产生显著的影响。耦合角度的增大会增强不同波形之间的转换。能量有限元法适用于传播波波长小于结构尺寸的频段。

基于能量有限元法的功能梯度梁振动分析

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)由于其优良的结构性能和重要的应用价值,近些年来得到了广泛的研究和关注。采用能量有限元法对功能梯度梁和耦合梁的弯曲振动特性进行研究,推导了功能梯度材料梁的能量密度控制方程、能量有限元矩阵方程以及耦合梁的能量有限元方程,从而得到梁中的能量密度和能量流。以一简支功能梯度梁为例,分别采用该方法和传统有限元法计算了梁弯曲振动时的能量密度,通过对比验证了能量有限元法求解的准确性。在此基础上进一步对耦合功能梯度梁结构的能量密度和能量流进行了求解,得到其能量分布特征。该研究为基于能量有限元法分析复杂功能梯度材料结构的振动特性提供了理论基础。

基于能量有限元法的损伤板结构振动分析

工程结构在服役期间会出现各种形式的损伤,其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生变化,因此基于振动的结构损伤识别得到了广泛的研究并在工程运用中具有重要的意义。采用能量有限元法对含有损伤的平板和耦合板结构的振动特性进行分析,算例分析中分别采用能量有限元法和有限元法对平板的能量密度进行了计算和对比,验证了能量有限元法的准确性。在此基础上提出了基于能量密度变化和结构声强变化的两个损伤指标,并对损伤识别指标进行了可视化分析,随后通过算例对比进一步确定基于能量有限元得到的结构声强变化能够有效地识别板结构的损伤部位,并对含有损伤的耦合板的结构声强进行了研究,为今后将能量有限元法进一步应用到结构损伤识别中提供了基础。

能量有限元法在船舶结构中的应用

为了解决舰船结构的振动噪声预报及其控制问题,以能量密度为变量,获得了薄板结构受激励产生弯曲振动时的能量密度控制方程,并得到了控制方程的有限元解.用该方法对简单的薄板结构进行了验证计算,并对一舰船的基座结构进行了计算分析.由基座结构的能量密度随频率的变化规律得知,在高频范围内,能量比值随频率增加而缓慢减小.改变基座结构的板厚及阻尼系数值,可以使结构的能量密度值明显降低.计算结果表明,由能量有限元法得到的结构中能量密度的比值与实验结果吻合较好,从而验证了本文所用的能量有限元法是一种有效可靠的分析高频振动噪声问题的方法.

基于能量有限元法的损伤充液管道振动分析

管道结构在服役期间会出现各种形式的损伤,其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生一定的变化,根据充液管道的动力学方程,推导得到了充液管道振动的能量平衡方程和能量有限元方程。分别采用能量有限元法和有限元法对充液管道的能量密度进行了计算和对比,验证了能量有限元法求解充液管道振动响应的准确性。在此基础上建立了基于能量密度变化和能量流变化的两个损伤指标,讨论了单元受损后的刚度变化和阻尼变化对能量流指标的影响,算例表明基于能量流变化的指标能够有效地识别充液管道结构的损伤部位。研究为基于能量有限元法预报充液管道的振动和基于该方法识别输流管道的损伤提供了理论基础。

基于能量有限元法和虚拟模态综合法的高频冲击响应分析方法

为了分析结构受到高频冲击载荷激励后的瞬态响应,提出了一种基于能量有限元法(EFEM)和虚拟模态综合(VMSS)法的高频冲击响应分析方法。通过能量有限元法进行高频稳态分析,获得结构频响函数(FRF)的频段平均值,然后结合虚拟模态综合法得到虚拟模态振型系数,最后通过Duhamel积分获得结构在高频冲击载荷作用下的瞬态响应。对一简支梁模型进行算例分析,将本文方法的结果与传统有限元法(FEM)和统计能量法(SEA)的分析结果进行对比,验证了所提方法的有效性,也表明该方法具有模型简单、分析速度快等优点。

基于能量有限元法的耦合梁分析

为了解决结构的振动噪声及控制问题,提出用能量密度作为变量的有限元分析,并将能量有限元法应用到耦合梁结构中。提出耦合节点和节点单元的处理方法,进一步得到耦合节点矩阵,然后将耦合节点矩阵和单元矩阵结合,运用FORTRAN程序实现结合及计算分析,得出结构中能量分布及能量汇聚点,将结果与解析解比较,得出能量有限元法可以很好的模拟结构中能量分布的结论,为进一步振动控制提供了更有效的依据。

能量有限元预示复合材料结构动响应研究进展

复合材料结构高频动响应预示是飞行器等结构设计中的重要研究内容之一.为了探讨精确预示复合材料结构高频动响应方法,分析比较了目前较为通用的3种动力学响应预示方法,指出能量有限元法最适合求解具有各向异性特征的复合材料结构高频动响应问题.紧接着概述了国内外关于能量有限元方法和该方法在复合材料结构高频动响应预示方面的研究进展.在此基础上分析了能量有限元法在预示复合材料结构高频动响应问题中尚待深入研究的问题.

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。

船舶结构振动噪声分析及其进展

综述了国内外船舶结构振动噪声分析的各种方法及其进展,重点介绍了解决结构高频振动噪声问题的两种有代表性的方法,即统计能量分析法(SEA)和能量有限元分析法(EFEA),分析了它们间的关系及其应用,指出了能量有限元法是未来结构振动噪声分析的方法。

多种激励形式下任意角度耦合板振动传递特性研究

能量有限元法是一种有效的中高频动力学分析方法,当采用该方法对耦合板类结构进行分析时,需要研究振动能量在各板传递情况,获得能量传递系数并建立能量耦合矩阵。基于板类结构中高频振动时的能量传递特性,将有限尺寸耦合板结构等效为与之具有相同参数的半无限结构,并采用波动方法对任意耦合角度下耦合板的能量传递系数进行研究。考虑到多板耦合结构中的波型转换现象,分别研究弯曲波、纵波以及剪切波入射下的耦合边界处能量传递特性。基于能量有限元法中的混响场假设,对特定入射角度下的能量传递系数进行处理使之成为与能量有限元法基本假设相适应的全局能量传递系数。研究不同波型入射情况下耦合板的耦合角度、外界激励频率和板厚对全局能量传递系数和波型转换能量比的影响规律。可用于确定在考虑波型转换情况下任意角度耦合板的能量传递系数,是能量有限元法在耦合板结构上应用的重要前提。

裂纹梁损伤识别的一种新型方法

在能量有限元法研究基础上,提出了基于能量密度的结构损伤识别方法。以工程结构基本构件梁为研究对象,以能量密度突变作为损伤识别指标,对损伤结构进行了仿真;在此基础上,对结构损伤中最常见的形式——裂纹进行损伤识别试验。结果表明基于能量密度的损伤识别方法适用于中高频场合,具有对结构微小缺陷敏感、操作简便、精确度高、无需复杂数据处理等优点,有较高的工程应用价值。

叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性振动特性研究

利用一种基于应变依赖性硬涂层的整体叶盘阻尼减振方案,研究了叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性动力学特性。首先,基于离散试验数据与高阶多项式得到了非线性硬涂层的连续力学参数;然后,利用基于改进复模量理论与复合Mindlin板理论的能量有限元法,创建了考虑应变依赖性的硬涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,基于Newton-Raphson计算方法提出一套非线性迭代计算流程,求解了硬涂层整体叶盘的非线性共振频率与共振响应;最后,选择叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值分析与试验测试,分析了硬涂层及其应变依赖性对整体叶盘振动特性的影响。研究结果表明,整体叶盘在涂敷硬涂层后的振动响应得到有效抑制,而应变依赖性能有效增强硬涂层对整体叶盘的减振效果。