基于非线性模态的复杂系统动力学特性分析方法

针对非线性问题计算方法复杂和计算时间冗长一直是动力学领域的难点问题,给出了一套简单、准确、高效的非线性模态分析方法,对于常见的非线性系统(如杜芬系统、干摩擦系统和非线性材料等)均适用,具有一般性。首先,给出所提方法的基本理论与分析流程;然后,以杜芬系统为例阐述了其在非线性实模态域的应用,以干摩擦系统为例描述了其在非线性复模态域的应用,以压电系统为例展示了其在多场耦合域的应用;最后,给出了基于该理论对大型复杂非线性系统求解时的减缩方法。所提方法的核心在于建立非线性模态参数关于模态幅值的变化规律,不仅将系统的稳态响应求解问题简化为一维代数问题,极大地简化了数值计算过程,而且有助于分析、理解系统的非线性动力学行为。将所提方法与模态综合法结合,可用于高效求解大型复杂非线性系统动力学特性。

考虑结合面影响的组合梁非线性预应力模态分析

为了研究结合面非线性特性对机械结构动态性能的影响,利用有限元分析软件,以组合梁结合面为研究对象,首先进行了考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明了结合面非线性特性对组合梁各阶弯曲振动固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究了结合面法向载荷和摩擦系数对组合梁振动特性的影响。研究表明:结合面的法向载荷和摩擦系数都会使组合梁的固有频率降低,其中摩擦系数占主导地位。摩擦系数对组合梁低阶固有频率影响较小,高阶时影响较大。最后进行模态试验验证,实验表明:模态试验所得组合梁弯曲振型与非线性预应力模态分析法所得振型相吻合,且二者所得固有频率之间的误差在接受范围之内,从而证明了非线性预应力模态分析的可行性。

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。

框架剪力墙结构模态静力非线性抗震分析方法研究

本文在模态pushover分析方法基础上推导建立了模态静力非线性分析方法,对一栋 10层框架剪力墙结构进行了静力非线性分析,提出了目标位移求解的等效单自由度体系弹塑性时程分析迭代法,计算结果与相应时程分析结果进行了比较,表明两者吻合较好,验证了本文计算方法的有效性。另外,对同一结构,计算分析了在不同水平荷载模式下的静力非线性分析结果,比较不同荷载模式对计算结果的影响,为静力非线性分析方法的推广使用提供参考。

考虑结合面影响不同螺栓松动状态的机匣模态分析

以航空发动机机匣为研究对象,在接触问题有限元分析的基础上,研究结合面非线性特性对机匣动态性能 的影响,分析不同松动状态下机匣模态变化规律。首先进行考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明结 合面非线性特征对机匣各阶固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究不同松紧程度对机匣振动特性的影响,发现 各阶固有频率随螺栓的预紧力矩增大而增大,趋向刚性时固有频率,且对于螺栓连接处模态振型变化大的阶次,其固 有频率变化尤为显著。最后,研究松动螺栓数量和分布位置对机匣振动特性的影响,松动螺栓增多会导致各阶固有频 率略微下降,随着松动螺栓分布的集中,机匣固有频率呈下降趋势,松动螺栓位置分布主要是通过改变各螺栓在结合 面上的应力区域之间的重叠区域大小来影响机匣振动特性。

压电式推力测量装置模态参数辨识研究

以实验室研制的压电式推力偏心量装置为研究对象,通过锤击法获取了测量装置的特性曲线,基于非线性模态分析方法,编制了模态参数辨识程序,得到了测量装置三个方向的理论动态响应传递函数。辨识得到的理论传递函数伯德图与实测相比吻合,验证了所得到的理论传递函数的正确性。利用传递函数,进一步得到各阶固有频率与测量装置各环节的关系,为找到装置的薄弱环节并提高其固有频率提供有力依据。

框架结构模态静力非线性抗震分析方法研究

本文在模态Pushover分析方法基础上,推导建立了模态静力非线性分析方法,对一栋12层框架结构进行了模态静力非线性分析,提出了目标位移求解的等效单自由度体系弹塑性时程分析迭代法,计算结果与相应时程分析结果进行了比较,表明两者吻合较好,验证了本文计算方法的有效性,为静力非线性分析方法的推广使用提供参考。

Using High-Performance Computing for the Modeling of High-Speed Dynamics

Since computers and software have spread into all fields of industry, extensive efforts are currently made in order to improve the safety by applying certain numerical solutions. For many engineering problems involving shock and impact, there is no single ideal numerical method that can reproduce the various regimes of a problem. An approach wherein different techniques may be applied within a single numerical analysis can provide the ＂best＂ solution in terms of accuracy and efficiency. This paper presents a set of numerical simulations of ballistic tests which analyze the effects of soda lime glass laminates. The goal is to find an appropriate solver technique for simulating brittle materials and thereby improve bullet-proof glass to meet current challenges. To have the correct material model available is not enough. In this work, the main solver technologies are compared to create a perfect simulation model for soda lime glass laminates. The calculation should match ballistic trials and be used as the basis for further studies. These numerical simulations are performed with the nonlinear dynamic analysis computer code ANSYS AUTODYN.