基于集中质量法的破壁机转子动力学分析

本文针对某破壁机原型机进行转子动力学分析,采用集中质量法建立了破壁机转子系统的模型,并进行了模态分析、临界转速分析以及谐响应分析。主要研究结论如下:首先,在模态分析方面,本文得到了破壁机转子系统前4阶正进动涡动频率及相应的振型,其中固有频率分别为867.93 Hz、10 394 Hz、11 434 Hz和12 673 Hz。正进动模态主要表现为以轴承支承为支点的摆动,这能为破壁机系统的结构设计和改进提供参考。其次,在临界转速分析方面,结果表明破壁机转子系统的临界转速为17 252 r/min,远低于额定转速35 000 r/min。表明破壁机在额定转速下能够稳定运行,不会发生共振现象,确保了系统的可靠性和稳定性。最后,在谐响应分析方面,以转子系统变形最大的连接圆盘为研究对象,计算结果显示在12 600 Hz时变形达到峰值,与模态分析的结论相一致。通过以上分析,本文研究了破壁机转子动力学特性,为破壁机的研发和优化提供了依据。

基于集中质量法的阻拦网动力学建模与分析

针对传统有限元法建立的舰载机阻拦网动力学模型仿真效率较低问题,建立了一种舰载机阻拦网简化动力学模型。首先,基于集中质量法建立了柔性阻拦网的多体动力学模型,并对舰载机的几何外形进行合理简化,建立了舰载机和阻拦网间的接触碰撞模型;然后,联合阻拦网模型、舰载机模型以及阻拦装置模型,组成了完整的舰载机阻拦装置系统简化仿真模型;最后,将简化模型和商业有限元模型的仿真结果进行了对比分析。仿真结果揭示了阻拦网动态过程规律,验证了简化模型的有效性、准确性和高效性。

有限元集中质量法在非饱和土壤水流中的应用

利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元集中质量法，讨论了非饱和土壤水流动的数值计算模型，用以模拟均质土壤，地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动。通过将第一类边界条件齐次化，而对于第二类非线性边界条件采用变分的办法将其直接转化为已知边界通量的计算，从而容易且较好地处理了带通量约束边界条件。对于入渗或蒸发问题，用通常的离散方法容易产生振荡非物理解。我们采用有限元集中质量法，将质量矩阵的非对角元集中到主对角元，避免了这种非物理解的产生。利用该方案统一地模拟如下情况：稳定入渗和蒸发、蒸发一段时间后达到风干率，以及波动入渗蒸发时土壤水势的变化状况。模拟表明，在已知有关土壤参数的情况下，该模型能较好地模拟非饱和流水势及含水量分布。

基于集中质量法的普通圆锯片及基体开槽圆锯片振动响应分析

针对普通圆锯片及基体开槽圆锯片的振动响应问题,首次引入集中质量法建立了圆锯片无阻尼多自由度弹簧-质量系统模型。将开槽等效为去除槽分布对应区域内的弯曲弹簧,分别构造了普通圆锯片、基体开径向槽以及周向槽三类圆锯片振动系统模型的质量矩阵与刚度矩阵,并进行了简谐激励响应分析。采用振幅强度因子作为衡量锯片振动强度的指标,通过求解获得了振幅强度因子与频率关系的幅频响应特性曲线,将计算结果同有限元法的结果进行对比分析,结果表明：当峰值对应频率在0～750Hz范围内时,二者的一致性较好;当峰值对应频率大于750Hz时,开始出现较大偏差,验证了集中质量法用于计算圆锯片结构低频固有特性的正确性。本文研究结果对于求解存在几何缺陷的连续体弹性薄板的振动响应具有一定的参考价值。

基于集中质量法的软体排受力和构型分析

首次将一种基于集中质量法的力学模型用于分析计算软体排沉排受力和构型。该力学模型解决了不均匀质量、可拉伸软体排排体的构型和拉力分布的分析计算问题,并能考虑实际河流环境中水流的作用力。实例计算结果的讨论以及与悬链线理论解进行对比可知基于集中质量法的力学模型更适用于实际河流环境下的软体排排体的受力分析。

基于集中质量法的深水S型铺管动力响应研究

深水S型铺设时,管线承受巨大的环境载荷,需要准确地模拟管线受力,以保证管线安全。基于集中质量法,推导管线受力计算公式,建立考虑海床、托管架以及海流影响的S型铺管的三维管线数值模型,用广义α积分对铺设系统进行动力迭代求解,采用Fortran语言编写程序,将静力分析结果与Orcaflex计算结果对比,验证了理论模型的正确性。最后结合算例分析了垂荡和纵荡运动下,张紧器张力变化情况,以及垂荡运动时管线的有效张力、弯矩、速度和加速度的变化情况。

一致质量法和集中质量法的比较分析

固有频率是计算主振型的基础,对于类似于等截面悬臂梁的振动系统,分别运用一致质量法和集中质量法进行分析,说明在结构动力反应分析中,集中质量法最主要的优点是节省计算量和计算时间;而在采用同样的单元数目时,一致质量法的计算精度相对较高。两种有限单元法分析的结果与精确解进行比较,一致质量法给出的自振频率高于实际值,而集中质量法给出的自振频率低于精确解,为解决实际工程类似结构的固有频率提供参考。

矩形薄板动力分析的集中质量法

采用集中质量法分别对四边支承、三边支承一边自由、一对边支承一对边自由的矩形薄板进行了动力分析，并用子空间正迭代法编制了相应的程序．该方法可以计算上述边界条件矩形板振动的各阶振动频率及其相应振型，同已有精确解或有限元结果相比较，其计算结果吻合较好．

二维线性积分微分方程的有限元集中质量法

研究二维线性积分微分方程的初边值问题。在标准有限元方法的基础上,将其离散格式集中质量,对U-u得到了最优的W1,p和L1,p(2≤p≤∞)模误差估计,对U-Vhu得到了超收敛的W1,p(2≤p≤∞)模误差估计,此结果同标准有限元方法得到的误差精度相同,但集中质量法能够极大地减少求解过程中的计算量。

基于集中质量法的纤维增强复合材料的损伤定位

研究了纤维增强复合材料的损伤定位方法,将其命名为“指数幂逼近-集中质量法”.首先,以纤维增强复合材料梁结构为例建立集中质量模型;然后通过理论求解获得未损伤梁的刚度矩阵,结合测试获得的固有频率和正则化的模态振型数据,获得梁结构损伤后的残差力向量,并将其作为关键定位指标;并基于指数幂思想对损伤梁结构的质量块数量进行划分,提出损伤位置逼近判定准则,确定一套规范的损伤定位流程.最后,对带有不同纤维断裂损伤的T300碳纤维/树脂基复合材料梁进行实例研究,研究发现本文提出的定位方法可有效辨识获得复合材料梁的损伤位置.

基于集中质量法的水下拖曳缆索动力响应分析

以水下拖曳缆索系统为研究对象,建立拖曳缆索的集中质量模型,推导了水下拖曳缆索的动力学方程。采用四阶Runge-Kutta数值积分算法,对水下缆索进行非线性动力响应分析。编制了相应的计算机程序,模拟拖曳缆索系统在匀速直航、横向运动、升沉运动、回转运动条件下,缆索的运动姿态及受力情况。数值分析结果与实验对比表明,集中质量模型对缆索在各种边界条件下的运动激励均有较好的适应性。相比基于有限差分法的数值结果,集中质量模型与实验结果吻合更好。

基于集中质量法的锚泊系统动力学仿真

为研究锚泊系统的动力学特性,基于集中质量法建立锚泊系统的动力学模型,并采用四阶龙格-库塔法进行数值解算。在锚泊线顶端施加水平方向的激励,研究其在不同激励幅值和频率下的运动响应。针对锚泊线的时间和空间离散程度对计算结果有很大影响的情况,在时间步长已定的情况下,根据稳定性条件给出稳定解算的空间步长。为减少动力学模型数值解算的计算冗余和提高仿真的实时性,对解算过程进行优化,在保证稳定的前提下简化解算过程。优化后的模型解算时间减少30%,进一步简化后减少76%,并能保证稳定和计算精度,说明所采取的优化和简化技术是成功和有效的。

基于集中质量法的水下缆索破断动力学仿真

为数值模拟和预测缆索破断的动力学特性,基于集中质量法建立了水下缆索的动力学模型,采用经典的Runge-Kutta法进行数值解算;通过设置合适的边界条件实现对缆索破断的模拟,并对快速破断和缓慢破断的动力学行为进行了研究;数值模拟结果表明,破断点及其附近节点的速度在破断后极短的时间内达到最大值,之后扰动以弹性波的形式向破断点以远的方向传播;缓慢破断时张力和速度在缆索上能够更加均匀地分布,使得动能在整条缆索上的分布更加均匀,从而能够高速运动的缆索节点数目更少,节点维持高速运动的时间更短;揭示了扰动以弹性波的形式在破断缆索上的传播机制,用数值的方法证明缓慢破断比快速破断更加安全。

集中质量法计算砌体结构自振频率

通过Ansys有限元法和集中质量简化计算法两种方法计算了一幢砌体结构的历史风貌建筑的自振频率,比较计算结果,分析集中质量法计算结果的误差大小和可能产生误差的原因,以及集中质量法计算砌体结构自振频率的可行性。结果显示,用集中质量法简化计算的自振频率,计算结果误差在20%左右,不适用于精确计算,能反映建筑的部分振动特性。

基于集中质量法发动机曲轴系统扭振特性分析

曲轴的非刚体特性决定了扭转振动是不可避免,在设计中必须要加以考虑的因素。针对某四缸发动机扭转振动特性进行分析,采用集中质量法对曲轴轴系进行扭转振动建模,获取系统的特征方程,分别应用并对比了二自由度和六自由度当量系统方法,获取轴系的自振频率和振型,并获取低谐次的共振转速;采用非接触式试验测试,对比曲轴系统试验数据和理论分析数据,获得校准后的发动机轴系扭振计算模型,对比了两种求解模型结果的差异性,并对理论计算结果进行修正。结果可知:二自由度和六自由度当量系统法均可对曲轴轴系的自由振动特性进行分析,二者的误差在4%以内;在发动机的转速范围内,对于该发动机轴系的主谐次和次主谐次,存在多个共振转速,需要设计专门的扭转减振器进行控制;基于扭转振动实验测试,对曲轴轴系的扭转振动模型进行修正,可以显著提高二自由度和六自由度当量系统法获得的轴系自由振动特性的准确性,二者的误差控制在0.5%以内;同时模型分析与试验测试结果基本一致,表明分析模型的可靠性,为实际设计提供重要参考。

基于集中质量法的系留缆绳受力分析

系留供电较好地解决了多旋翼无人机航时短的问题,但同时也给无人机带来了负重以及线缆拉力等问题,在无人机进行力学模型构建时,需要对系留缆绳加以分析,本文采用集中质量法[1]对系留缆绳进行受力分析。

基于集中质量法的一维声子晶体弹性波带隙计算

通过将一维声子晶体中的原胞简化为有限多个自由度的弹簧振子结构 ,引入了一种基于集中质量法的一维声子晶体弹性波带隙计算方法 .与传统平面波展开法相比 ,该方法的计算结果与之相符合 ,而且在收敛性方面较之有很大改善 .通过使用集中质量法 ,可在得到同样计算精度的条件下 ,显著降低计算量 。

大弹性常数差二维声子晶体带隙计算中的集中质量法

通过引入振动力学中的连续系统离散化的思想 ,将一维集中质量法延伸至二维 ,提出一种二维声子晶体带隙特性计算的集中质量法 .进而采用该算法对两种正方晶格的二维声子晶体的带结构进行了计算 ,计算结果与传统的平面波展开法相符合 .通过对计算结果以及两种算法收敛性的分析 ,发现集中质量法的收敛性对组成声子晶体的不同材料弹性参数差不敏感 ,这使得该算法在计算大弹性常数差二维声子晶体的带隙特性时较平面波展开法收敛速度更快 .此外 ,集中质量法对二维声子晶体单元形状没有特殊要求 ,这使得它更加适用于声子晶体带隙特性的计算 .

基于集中质量法的齿轮系统动力学发展动态综述

基于集中质量法详细阐述了国内外齿轮系统动力学的发展情况,围绕齿轮动力学的发展进程,以齿轮系统动力学方程为基础,首先从振动激励、研究目标、分析理论、数学模型、求解方法等方面评述了齿轮系统动力学研究进展。其次,根据已有的齿轮系统动力学的研究成果分析了动力学在齿轮工程上的应用,最后,根据齿轮系统动力学研究的发展趋势,提出了需要进一步研究的问题。