求解动态子结构的大质量界面虚拟激励法

为提高大型结构随机激励的计算效率,解决不同类型组合结构的动力求解问题,提出一种动态子结构求解方法。在各子结构界面的质量矩阵上分别附加大质量单元,并直接在大质量单元上施加两次不同幅值的虚拟激励荷载,确保相邻子结构界面上的加速度响应协调;根据不同子结构界面上的内力平衡条件和线性关系建立界面力平衡方程组,求解出能够保证各子结构之间加速度响应和内力同时协调平衡的虚拟激励荷载幅值;通过求出的虚拟激励荷载分别计算各子结构的真实响应。该方法与传统的模态综合法相比,避免了模态坐标和物理坐标的反复转换,并能直接考虑子结构的高频特性;与机械导纳法相比,减小了综合方程规模,求解更为简便,并适用于外荷载激励和地震下基础加速度激励同时输入的情况。最后通过不同类型的仿真算例验证了该方法的正确性。

基于流固耦合的机车燃油箱冲击计算及试验验证

为解决某型机车燃油箱在流固耦合条件下冲击工况的仿真计算问题,用燃油箱小模型对比了虚拟质量法与瞬态法相结合等4种仿真方法的结果,并基于标准冲击谱进行了冲击试验,同时将仿真结果与试验值进行了对比验证。对比结果显示,虚拟质量法与瞬态法相结合的仿真方法分析流固耦合条件下箱体的冲击工况最为准确。以1/3箱油液高度工况为例,计算了该型燃油箱在冲击工况下的三向应力,计算结果表明,在1/3箱油液高度的条件下,其冲击应力小于许用应力值,满足使用要求。研究结果对分析结构流固耦合条件下的冲击应力具有一定的指导意义。

基于大质量法的虚拟振动试验夹具谐响应分析

针对机载悬挂发射装置的振动夹具虚拟正弦扫频试验的问题,应用大质量法,通过ANSYS仿真平台,并结合试验研究其结构动力学特性。首先推导振动台的数学模型,并构建虚拟试验平台;然后通过虚拟正弦扫频试验得到振动夹具的响应特性;最后通过实物试验对其置信度进行评估。结果表明,基于大质量法所构建的虚拟振动试验模型是正确和有效的,使用模态叠加法所进行的结构谐响应分析结果具有较高的置信度;同时,在振动夹具的典型点上,分析所得振动夹具的前两阶固有频率相对于实测值误差约为7.24%,且振动夹具的频响函数的变化趋势与试验结果基本上一致。该结果可满足工程实践中精度要求,可为机载悬挂发射装置振动夹具设计和虚拟试验研究提供参考。

基于虚拟质量法的高速船总振动直接计算

考虑到船舶总振动计算时,附连水质量的计算方法直接关系到总振动计算精度,以某高速船为例,采用有限元分析软件MSC.PATRAN/NASTRAN进行总振动特性计算分析,介绍有限元模型建立、非结构重量模拟,以及重量重心调整,重点分析虚拟质量法在附连水质量计算中的应用,计算结果表明,该船的总振动频率储备满足相关规范的要求;实船使用验证表明,4种典型工况下均未发现全船性的明显振动,基于虚拟质量法的高速船总振动计算结果可靠,可满足工程计算要求。

航天器噪声试验中结构振动响应预示方法研究

航天器在随运载火箭发射过程中要承受严酷的噪声环境,需通过噪声试验来检验航天器承受噪声环境并能正常工作的能力.航天器噪声试验中结构振动的响应特性是结构强度设计应该考虑的因素之一,更是制定器上组件随机振动试验条件的重要依据,因此有必要在航天器研制初期对噪声载荷作用下的结构振动进行响应预示.文章应用商用有限元分析软件MSC.Patran和MSC.Nastran建立了某型号航天器结构舱板的有限元模型,将噪声载荷声压谱转换为脉动压力功率谱密度,进而采用模态法分析结构在噪声载荷作用下的随机振动响应,并将仿真预示结果与试验结果进行对比研究,在仿真分析中考虑阻尼参数模型和流场附加质量效应等因素的影响;通过研究表明:采用阻尼比随频率提高而减小的经验阻尼参数模型可以较好地反映中高频响应特性、得到较为准确的总均方根响应分析结果,进一步采用虚拟质量法考虑流场附加质量效应可以得到较为准确的功率谱密度响应分析结果.文章提出的仿真分析方法建模简便、计算成本低,适用于在航天器研制初期对航天器噪声试验中的结构振动进行响应预示.

串联缓冲结构压缩响应虚拟质量分析

为研究串联缓冲结构的压缩响应,基于缓冲材料的本构关系,提出虚拟质量方法.该方法通过引入虚拟质量,将串联缓冲结构的准静态压缩用动态方程表示,并采用Runge-Kutta法求解.对EBE楞瓦楞纸板和发泡聚乙烯的3种组合串联板的等效应力-应变关系进行分析,计算结果与试验数据吻合较好,验证了提出方法的有效性;分析讨论串联数量和串联顺序对等效应力-应变曲线的影响,计算结果表明,瓦楞纸板串联结构的等效应力-应变曲线上峰值点数等于串联结构中瓦楞芯纸的数目,而发泡聚乙烯串联结构的应力-应变曲线不随串联数的变化而变化,材料的串联顺序对串联缓冲结构的等效性能影响不大.

风机叶片气固耦合特性研究

针对风机叶片外形复杂的特点,假设结构浸入无限大的气流场中,可运用虚质量法。对风机叶片和周围空气选用相同的三维等参单元进行离散,应用Galerkin法计算气体内任意点压强,气体通过质量矩阵直接与结构耦合,推导出风机叶片与周围气体耦合微分方程模型。运用威尔逊-θ法求解耦合微分方程,得到考虑周围空气作用时风机叶片的模态,并用试验测试风机叶片在空气中的模态,比较两种方法得到的模态。利用模态分析理论对风机叶片颤振、噪声辐射特点等进行分析,研究风机叶片与周围媒质耦合对叶片颤振、声辐射的影响。

船用螺旋桨振动特性数值计算与分析

为了降低螺旋桨结构振动产生的水下辐射噪声,采用结构有限元耦合流体边界元的虚拟质量法,运用通用有限元软件MSC.NASTRAN计算了螺旋桨在空气中和水中的固有频率和振型,分析了流体与结构之间的相互作用对螺旋桨振动特性的影响。研究结果表明:虚拟质量法能够准确计算螺旋桨在水中的固有频率;螺旋桨在水中的固有频率要显著低于空气中的固有频率,且在水中的振动位移也比空气中小;无论在空气中还是水中,螺旋桨都存在三类基本的桨叶振型;螺旋桨在空气中和水中的振型存在差异,且随着频率的升高二者差异明显;对于不同阶桨叶振型,固有频率随模态阶数的变化显著,而对于同一阶桨叶振型,这种变化并不明显;对于同一阶桨叶振型而言,随着频率的升高,频率缩减比呈递增趋势,相应的附连水质量依次减小。

导流管模态分析方法及论证

基于虚拟质量法的基本理论,采用通用有限元分析软件MSC.NASTRAN对多个导流管模型进行固有模态分析,对比不同介质中导流管模态计算结果,分析论证附加质量对导流管振动特性的影响,探讨导流管模态分析更加可靠、准确的建模方法;对比不同湿模态计算方法结果,论证得到更加准确、高效的湿模态计算方法。

基于有限元法的柔性转子虚拟动平衡研究

为了有效地降低回转机械由于质量不平衡引起的振动故障 ,基于转子动力学理论和有限元数值分析方法 ,进行了柔性转子系统虚拟动平衡研究。提出了若干种降低系统振动的平衡方案 ,并分别对平衡结果进行了有限元数值仿真 ,以寻找最优的平衡方案。实验验证了虚拟动平衡提出的最优平衡方案 ,该方法可最大限度地降低旋转机械系统实际动平衡过程的启动试机次数。

基于虚拟仪器的转子动平衡实验

为了培养大学生实践能力,开发了基于虚拟仪器的转子动平衡实验。该文详细介绍了实验平台的构成、转子单面现场动平衡的三点加重法、可视化虚拟仪器软面板的构建、实验数据流程及实验实施过程。该实验使学生对旋转机械不平衡量的测量有了深刻认识。

服装二维裁片虚拟模拟技术

在三维服装虚拟缝合及试衣过程中,服装二维裁片虚拟模拟是关键技术之一。应用服装CAD软件绘制服装纸样并存储成DXF格式,通过DXF文件接口程序将纸样载入系统。采用正则栅格法对裁片进行四边形剖分,连接四边形对角线完成对二维裁片的三角网格化。以三角形顶点为质点,三角形边为弹簧,构建裁片质点-弹簧模型,通过模型受力分析、数值求解,完成对二维裁片的虚拟模拟。以男士背心为例,通过裁片网格剖分实验验证正则栅格法的有效性;同时完成对背心裁片自然下落于桌面和背心虚拟缝合效果模拟。

弹性应变率比值法与声触诊组织量化技术联合诊断乳腺肿块的价值

目的:探讨弹性应变率比值法与声触诊组织量化技术(virtual touch tissue quantification,VTQ)对乳腺肿瘤临床诊断准确性的价值。方法:选取大庆油田总医院乳腺外科接受手术治疗的60例女性乳腺肿瘤患者,患者知情同意后,对其依次进行常规超声检查、压迫式弹性成像(compression elastography,CE)检查、VTQ检查,CE检查取得应变率(strain ratio,SR)比值,VTQ测量剪切波的传播速度(shear wave velocity,SWV)值。并采受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评价不同检查方法对乳腺肿瘤良恶性病变的诊断价值。结果:良性肿块的最大直径、SWV值均低于恶性肿块,良性肿块的SR比值高于恶性肿块,差异均具有统计学意义(P<0.01)。ROC曲线显示弹性应变率比值法与VTQ技术单用或联用的AUC、敏感性、特异性(分别为0.904,97.5%,69.2%;0.946,87.5%,87.2%;0.976,90%,97.4%)均高于常规超声(0.783,85%,61.5%);VTQ技术的AUC、特异性(0.946,87.2%)均高于弹性应变率比值法(0.904,69.2%),但其敏感性(87.5%)低于后者(97.5%);弹性应变率比值法与VTQ技术联用的AUC和特异性均高于两者单用,但其敏感性较弹性应变率比值法低。结论:弹性应变率比值法与VTQ技术联用的诊断价值优于二者单用。

基于虚拟变形法的移动质量识别方法研究

在车-桥耦合系统的移动质量(荷载)识别反问题中,识别移动质量会面临重构系统、优化缓慢的问题;而若直接识别移动荷载常常会遇到病态问题且对噪音敏感。针对这些缺陷,根据虚拟变形法(VDM)的结构快速重分析思想,提出移动动态影响矩阵,实现利用较少的传感器即可快速而准确地识别移动质量(荷载)。以移动质量为优化变量,避免了识别荷载常遇到的病态问题,对噪音鲁棒性强;且需要传感器信息少。每步优化中,利用移动动态影响矩阵,无需时时重构车-桥耦合系统的时变系统参数矩阵,优化效率高。VDM方法的思想是将实际结构的响应计算转化为初始结构模型在相同外荷载作用下的响应,与在结构模型发生改变的位置施加相关的虚拟变形或虚拟力引起的响应的线性叠加。通过简支梁模型和框架梁模型验证了该方法的可行性和有效性,即使在5%的噪声影响下,利用一个传感器就可以很好地识别多个移动质量。

基于有限元法求解含人工裂纹圆板水中振动频率

提出了一种简便计算镶嵌在无限大障板上的周界固定的含人工裂纹圆板在水中振动频率的计算方法。在假定流体不可压、圆板小振幅振动、水中模态挠度近似为真空模态挠度的条件下,利用瑞利积分得到了因流体压而引起的附加质量密度。进而应用瑞利方法得到了圆板水中振动频率与真空中振动频率、量纲-附加虚质量增量(Nondimensionalized added virtual mass incremental)之间的关系。在真空中模态的有限元法分析数据以及采用适当方法处理奇点积分的基础上,应用离散积分计算了量纲一附加虚质量增量的值。从真空中模态特征频率出发用迭代法直到水中频率收敛为止而得到水中裂纹圆板的特征频率。方法的有效性通过周界固定圆板的量纲-附加虚质量增量与参考文献结果对比的一致性来验证。

基于MATLAB/GUI缓冲包装动力学优化设计

基于缓冲材料宏观本构模型,建立不同缓冲材料组成的串联力学模型。介绍求解串联缓冲系统动力学响应的虚拟质量方法及包装结构优化设计方法。利用MATLAB/GUI编制用于缓冲系统结构设计的界面程序,并脱离MATLAB平台。为缓冲包装动力学设计提供直接方法。

控制系统及抗干扰措施在加速器质谱仪中的应用

研制了专用于大气污染物PM2.5分析的加速器质谱仪的自动控制系统,该分布式控制系统建立了无线局域网控制网络,数据传输采用了多种协议和总线技术。现场测控硬件采用西门子300系列PLC、MOXA串口联网服务器、ORTEC多道分析器以及MOXA工业交换机等器件。上位机软件采用面向虚拟仪器的图形化编程软件LabWindows/CVI;下位机采用西门子TIA Portal V13完成硬件组态。系统在软件和硬件两方面采取了一系列抗干扰措施,极大地减少了高压打火等因素对测控系统的干扰。该控制系统与以往的控制系统相比,系统更加稳定可靠,抗干扰能力得到较大增强,满足了加速器质谱仪长时间运行的要求。

基于虚拟质量法的水下航行器燃料贮箱模态分析

为分析并解决水下航行器燃料贮箱结构共振问题,基于虚拟质量法建立了水下航行器燃料贮箱有限元模型,对燃料贮箱干状态、充液状态进行模态仿真计算,提取前4阶呼吸模态固有频率及振型,研究不同隔板位置对贮箱结构振动特性的影响,获得隔板位置与模型固有频率最大值的对应关系,为燃料贮箱结构设计、性能改进提供数值依据。

质量对结构优化理性准则法计算结果的影响研究

在结构优化中,质量作为设计资源能改善结构性能,但质量会引起自重与惯性载荷等问题,因而质量还会导致结构性能劣化。虚功准则方程组忽略了载荷对设计变量的导数,不能考虑质量导致结构性能劣化的一面。对于航空航天器、高速运行的车辆、机械和高精度天线等以自重和惯性载荷为主的工程结构,这种忽略导致虚功法得到的解与最优解相差甚远。导重法是严密推导的理性准则法,克服了虚功法准则不准的缺陷,优化效果较虚功法大幅提高。但对于考虑自重载荷的三杆、五杆桁架等简单结构优化问题,虚功法也可以得到与导重法相同的最优解计算结果,从拉格朗日条件出发解释该问题,给出考虑载荷对设计变量的导数时虚功法也可求得最优解的条件,这对于结构理性准则法及其工程应用的深入研究均具有重要理论与实践意义。

基于LabVIEW的虚拟现场动平衡实验仪设计

论述了三点加重法测试工件不平衡质量的动平衡测试系统的开发原理、方法及步骤;介绍了系统的硬件组成及软件系统的设计思想和实现过程;对一种风机进行了现场动平衡测试。实验结果表明:经过1-2次加重平衡,不平衡量明显下降,振动现象也显著减弱。该测试系统基于虚拟仪器开发平台LabVIEW开发,适用于现场使用,具有开发周期短、成本低、易维护、易扩展等特点。