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:     

复杂工况下土-结构体系的混合约束模态法

基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。依据土-结构相互作用体系存在局部非线性的特性,将体系划分为若干个线性和非线性子结构。在动力时程分析中对所有非线性子结构利用自编二次开发程序逐步提取等效特性矩阵,再与经势能判据截断准则减缩过的其他线性子结构组合后进行模态综合处理,推导出含有接触关系的子结构方程与含有一致黏弹性边界的子结构方程,最后形成复杂工况下含有各个子结构的模态综合方程。分析结果表明,混合约束模态综合法与ANSYS直接计算法求得的位移、速度、加速度、水平剪力、弯矩、层间位移角动态响应时程曲线吻合良好,证明线性-非线性混合约束模态综合法是求解复杂工况下的土-结构动力相互作用问题的有效可行方法。     

一种改进的模型修正方法

提出了一种改进的自由界面子结构模态综合法,有效地解决了含有刚体模态时系统剩余柔度矩阵不可逆的求解问题。在改进的自由界面模态综合法中引入摄动法,求解出用摄动量表示的子结构综合系统方程和灵敏度方程,结合优化算法对机翼模型进行模型修正,极大地减缩了待修正问题的计算规模,提高了修正效率。     

模态加速度法的实质及其与模态综合的关系

给出了模态加速度法新的表达方式,阐明模态加速度法比模态位移法收敛率高的实质.基于新的表达,本文证明了模态综合中自由子结构法和约束子结构法基本模态集的组成均源于模态加速度法.     

模态综合的界面自由度里兹变换方法

为提高固定界面模态综合方法的计算效率,在利用特征约束模态进行界面自由度降阶的基础上,对静力模态进行过滤,以减小子结构界面矩阵转换的计算时间;然后,对系统界面质量矩阵进行过滤,并采用里兹(Ritz)变换方法计算特征约束模态,以提高模态综合方法的计算效率;最后,运用该方法计算了某轿车白车身0～200 Hz以内的振动特性.计算结果表明:采用该模态综合改进算法后,计算时间减小了32.4%,计算误差小于2%,说明该方法在复杂结构的中、低频振动特性计算中具有较高的效率.     

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。     

含超单元连接子结构的自由界面模态综合法

根据模态综合法中连接子结构的定义,认为连接子结构实际上是一种将全部界面坐标作为主自由度的超单元.在此基础上,分别利用静力变换和动力变换将连接子结构变换成超单元,推导了界面位移和界面力双协调条件下的自由界面模态综合法(超单元间接法).该法保留了自由界面法的可大大缩减系统自由度、精度高的优点,并且由于引入了超单元连接子结构,可合理近似集中阻尼,在局部非线性结构动力分析问题中亦具有广泛应用前景.最后,将超单元间接法应用于自动化码头桁架桥结构的固有频率和地震反应计算,将铅芯橡胶支座视为超单元连接子结构,分析了静力变换和动力变换超单元间接法的计算精度和效率,并得到了在铅芯橡胶支座不同配置形式下桁架桥的固有特性.     

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。     

直接迁移子结构法及在叠积电抗器抗震分析中的应用

针对工程中常见的链式结构的特点,将频响函数和迁移矩阵引入动态子结构方法中,提出了简单高效的直接迁移子结构方法.该方法用子结构的部分特征对来直接计算子结构的频响函数矩阵,从而组成各子结构的迁移矩阵.运用综合求解,可得到整体结构的特征对与谐和激励响应,不仅可大大提高计算效率,而且使主模态的求解变得简明.用此方法计算了三相叠积电抗器的固有频率,根据虚拟激励法把随机载荷转化为虚拟谐和激励,并计算了该结构的随机地震响应.计算结果表明,用直接迁移子结构法求解三相叠积电抗器的固有频率可以节省5/6的计算时间,计算随机地震响应则至少可以缩短1/3的计算时间,从而证明了直接迁移子结构法的有效性和在工程中的实用性.     

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。     

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.     

变截面柔性杆撞击动力学子结构法研究

采用固定界面模态综合子结构法对柔性体的撞击问题进行研究.首先提出研究的力学模型,将模型子结构离散化,导出撞击时多自由度高度非线性的动力学方程,运用无条件稳定的直接积分法(Newmark法)对动力学方程进行求解,得到了变截面柔性杆撞击力的时间历程和其他动力响应.通过重点研究柔性体子结构单元离散的划分与其物理参数之间的关系对计算结果的影响,得到了变截面柔性杆子结构离散的基本准则.此外,首次实现了对柔性体中瞬态应力波和速度波传播过程的刻画,可以显示撞击瞬态波多个波阵面传播.研究结果表明子结构法能够完整地描述变截面柔性体的撞击过程和分析撞击瞬态波传播机理,可以更广泛地应用于其他实际柔性机械系统撞击动力学问题的研究.     

冷却床模型的动态特性研究

本文采用连接子结构固定界面模态综合技术求解冷却床模型的动态特性．文中根据实际结构的特点，在固定界面法中，对某些转角自由度作了“松驰处理”．实验与ＳＡＰ５两方面考核结果表明：有限元建模正确，算法的效率和所编程序的精度均令人满意     

120T/H沸腾冷却床结构的动特性分析

本文采用连接子结构固定界面模态综合法计算了１２０ Ｔ／ Ｈ 沸腾冷却床的动态特性。通过计算结果分析,提出冷却床改造设计初步方案。     

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。