结构动态分析的混合界面模态综合法

本文提出了结构动态分析的混合界面模态综合法.该法吸取了单纯的自由界面法或固定界面法优点,将子结构处于系统主振动时的位移以混合界面弹性保留主模态、混合界面剩余模态、混合界面约束模态及与其相应的模态坐标表示,用对接边界上对接力平衡和对接位移协调条件消除各子结构模态坐标中不独立坐标后再综合系统动态特性。该法动力学原理为,将系统分解成μ个子结构,子结构间界面坐标部分自由,部分固定。用~α{x_2}、~α{x_A}、~α{x_B}分别表示第α个子结构的界内坐标、自由界面坐标和固定界面坐标,则α的模态分析方程为:     

汽车非线性动力系统振动特性分析

将整车模型划分为多个子结构，包括动力总成子结构、副车架子结构、车身子结构、非簧载质量子结构及多个线性和非线性连接子结构等，采用含线性和非线性连接子结构的间接对接的自由界面模态综合法，建立整车迟滞非线性刚弹耦合系统动力学模型、为了验证模型的正确性，用所建模型在时域内对前后轴分别激励时汽车振动特性进行仿真模拟，并与相同工况下的台架试验结果进行对比，两者具有较好的一致性．研究表明模态综合技术可以推广应用到具有局部非线性的复杂结构系统建模和动力学特性研究过程中．     

机床整机建模的自由界面模态综合改进方法之一

对会诸多结合面的复杂机械结构(如机床)的动态分析,由于结合部位的位移不连续性,通常位移协调的动态子结构法已不再适用。本文通过引入联接子结构概念,消除了结合部的位移不连续性,并使各子结构的模态综合步骤与通常的自由界面模态综合法相似,统一了连续结构与具有形变不连续结合面的复杂结构的自由界面子结构法,扩大了自由界面法的适用范围。     

基于节点力插值的自由子结构界面自由度缩减方法

基于有限元法中位移插值的思想,建立了基于节点力插值的自由子结构界面自由度缩减方法.该方法的基本思想是在自由子结构法的基本变换基础上,实施对接界面坐标的第二次坐标变换,并利用第二次坐标变换矩阵,有效缩减了结构体系的广义自由度,从而提高了计算效率.通过对一个两端固定梁进行模态分析,并对比缩减界面自由度前后梁的前10阶主频计算值,验证了该方法的可行性.与界面广义自由度模态缩减法相比,二者的主要精度基本相同,该方法计算效率更高,工程应用更加方便.最后,讨论了插值基点的选择方式对计算精度的影响.计算结果表明:参与模态分析的插值基点数量越多,计算精度越高;当插值基点均匀分布于对接界面上时,计算精度最高.     

移频技术在子结构低阶主模态截断中的应用

提出固定界面模态综合法中子结构低阶主模态的截断方法.对子结构自由振动微分方程做移频处理,采用包含惯性力影响因素的子结构准静力模态进行坐标变换,降低了子结构低阶主模态对系统中频段模态的贡献,实现了子结构低阶主模态截断.采用该方法分析某白车身有限元模型160～190 Hz的动态响应特性.结果表明:引入移频技术后,相比传统固定界面模态综合法,子结构保留的主模态数量从之前的1 836阶下降至297阶,计算时间减少27.7％,说明该方法能有效提高复杂结构中频段动态响应计算效率.     

盘-叶系统模态分析的群论辅助子结构技术

本文将群表示论方法与动态子结构技术相结合,得到了一种盘一叶耦合系统固有模态分析的群论辅助子结构技术;利用加载子结构方法消去子结构之间的所有对接自由度,进一步提高了分析的效率;从完整结构的单一基本扇形中得到了主模态。这些研究结果对于求解旋转周期系统的振动问题是行之有效的。     

二重动态子结构方法及其在海洋工程结构分析中的应用

根据分枝模态法的概念,对Craig等提出的固定界面法进行了改进,提出一种二重动态子结构法。这样就解决了固定界面法中对接坐标不易减缩的弊病。因而本方法对于节省计算机内存和计算时间有显著效果。     

连结子结构在非线性动力学分析中的应用

提出一种由线性连接元和非线性连接元组成的连接子结构,并将这种连接子结构用于自由界面的模态综合技术,利用非线性振动理论的平均方法,求得经模态综合法降维后系统方程的近似解析解,从而将具有连接了结构的自由界面的模态综合技术推广应用到具有局部非线性的复杂结构系统的动力分析,为利用非线性振动理论的平均方法及动力系统理论进一步研究高维非线性动力学系统的振动特性,分岔及混沌行为建立了新的途径,算例表明,该方法具有足够的精度。     

基于WYD方法的自由界面模态综合法及其应用

提出了用ＷＹＤ方法获取子结构的保留主模态，推导了３个子结构的自由界面模态综合法。计算了某车辆模型的固有频率，并与实验结果做了比较，结果表明，基于ＷＹＤ方法的自由界面模态综合法不仅具有较高的综合效率，且计算算精度也能满足工程要求。     

汽车结构动态有限元分析及软件开发

研究了动态分析的模态分析技术。考虑到模态分析的理论背景、试验技术条件、数据可靠度和精度等4个方面的现实性,选用了自由界面模态综合法作为汽车结构动态分析和设计的理论方法。为检验这种方法的有效性和可行性,用这种方法计算了空间双层子结构的主要振动特性,并将所得结果与有限元精确解进行对比,表明了这种方法不仅适用于简单对接情况也适用于高度赘余连接的情况,并且具有良好的综合精度。为进一步用其进行汽车结构动态分析创造了条件。     

结构动态分析中的一种子结构综合法：摩托车振动分析的计算机模拟系统之一

目前摩托车的生产与应用在我国越来越广泛。为了实现摩托车振动分析的计算机模拟系统,本文提出了一种新的子结构综合法。此法通过坐标再变换,使各子结构的拼装综合变得方便容易,并可用于求解具有局部高度非线性结构的振动问题。本文还提出了一种附加质量法来修正高阶模态的截尾误差而不采用剩余柔度矩阵,从而使本法能简易地获得高精度。几个数值算例验证了此法的有效性。*本文为中国汽车工业联合会资助项目。参加此项科研课题的还有:徐铭陶,周荣仁,杨昌琪,杨万安等同志。     

装配式桥梁模态综合法的误差研究

模态综合法应用于装配式桥梁结构振动分析的主要问题，是在将子结构坐标缩聚为模态广义坐标的过程中，如何选取适当数目的低阶模态来参与综合。在动力学原理的基础上对装配式桥梁约束模态综合法的误差进行了分析，发现综合模态数量对频率的误差比较敏感，而对模态的误差不太敏感。理论误差分析的公式可以作为子结构结构模态数的选取准则。     

基于区域分解的组合结构振动分析方法

提出了一种分析一般边界条件下组合结构动力学特性的区域分解法.首先,沿组合结构连接处和位移边界而将组合结构分解成若干自由子结构,并将子结构分解为一些规则子域,以获取组合结构的高阶振动特性;采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将子域界面的位移协调方程引入组合结构的能量泛函中,以使组合结构的动力分析问题归结为在满足分区界面位移协调条件下的无约束泛函变分问题.同时,采用区域分解法分析了不同边界条件的圆锥壳 环肋骨圆柱壳 圆锥壳组合结构的动力学特性,通过与有限元软件ANSYS的相应结果进行对比,验证了其计算精度和稳定性.结果表明,所提出的区域分解法具有高效率、高精度和良好收敛性等优点.     

大跨度钢结构分步施工模拟方法

针对施工过程中结构几何及边界条件随时间不断变化这一施工力学分析难点,基于先装和后装结构间可通过节点设计构造预夹角的工程实践,提出"生死"子结构先后独立求解、调整"死"结构边界节点转动约束条件的施工模拟方法.分别针对"死"结构为静定和超静定的体系,阐述了两种边界转角条件的调整方法,推导了"生死"子结构的有限元方程,并用该方法对典型算例进行分析、模拟.结果表明,该施工工艺便于后装结构加工且后装结构变形较小,施工完成后结构更接近设计原型.     

城区渗流场分析的奇异点子结构法

为克服城区渗流场有限元分析中的困难,采用奇异点子结构法对渗流场中的阻水结构进行处理.首先用较粗的网格对计算区域进行划分,然后从整体网格中分离出包含阻水结构角点的网格,将其作为一个子结构进行处理.对分离出来的子结构,采用有限相似划分方式逐层进行网格加密,由内向外逐层凝聚得到子结构的等效刚度矩阵和等效列向量.分析结果表明,奇异点子结构法避免了大区域中小尺寸物体的网格划分问题,其精度和效率与无限相似单元法相当,且在处理入渗、潜水、多层透水层和悬挂式阻水结构等方面更为方便.     

振型耦合的适应性水平荷载模式对结构POA的影响

适应性水平荷载模式在结构POA(Pushover Analysis)中能够针对结构逐步加深的非弹性性能做出调整,较固定型水平荷载模式能更好地体现实际地震作用.但由于其在分步调整的过程中通常采用SRSS法而未考虑结构阻尼增加引起的振型耦合,所以分析精度较固定型加载模式及Chopra提出的MPA(Modal Pushover Analysis)方法没有优势,影响了适应性水平加载模式的工程应用.文中以两栋高柔体型钢筋混凝土框架为例解释了在结构POA中阻尼系数增加和基本振型滑移的现象;认为在此过程中大幅增加的阻尼加剧了结构振型耦合,所以在高柔结构POA过程中振型耦合不可忽略.提出了一种在POA加载中考虑振型耦合的CQC法适应性水平加载模式,与原有的SRSS法适应性加载模式做了对比,同时给出了适用于工程分析的建议.     

条形介质波导与定向耦合器的新解法-叠代矩量法

本文给出用以精确计算各种条形介质波导导模色散曲线与场分布以及矩形芯双沟道定向耦合器耦合长度的一种新解法:叠代矩量法,给出用于计算的有关公式.计算结果与精确的计算机数值解法符合甚好,且简便易行,容易推广到其它矩形芯波导结构。