热屈曲碳/碳化硅薄壁结构非线性振动响应特征分析

鉴于高超声速飞行器部分薄壁结构处于严峻的热声环境中,利用有限元法研究热声载荷联合作用下的复合材料薄壁结构随机动态响应。依据板壳理论构建复合材料层合板结构系统运动方程,然后将系统运动方程转换到模态坐标下,并采用有限元法数值积分求解结构随机响应;此后基于C/SiC薄板后屈曲状态下动态响应中位移和应力信息,分析了典型的非线性振动响应特征。结果表明热载荷和声载荷对处于热后屈曲状态下的C/SiC复合材料薄板结构响应的影响方式不同;与此同时,分析了结构表现出的三类典型运动:沿初始热屈曲平衡位置线性随机振动、沿两个屈曲平衡位置之间地跳变运动以及沿任一热后屈曲平衡位置小幅值随机振动。     

环境激励下湘潭莲城大桥模态参数识别研究

对环境激励下结构模态参数识别进行了理论分析和试验研究.基于随机振动理论阐述了峰值拾取法的基本原理和方法,并提出了虚拟响应的概念.从湘潭莲城大桥在环境激励下的加速度测试信号中提取高信噪比的虚拟响应信号,根据峰值拾取法对虚拟响应信号进行频域分析,识别了该桥主跨结构的固有频率、阻尼比和振型等模态参数.试验模态参数与理论模态参数基本吻合,验证了识别结果的可靠性.模态置信矩阵表明,结构的线性响应特性明显,竖向振动具有良好的正交特性.     

变激励条件下金属橡胶非线性减振器试验研究

以某型金属橡胶非线性减振器为研究对象,对其进行了静态试验及不同正弦激励条件下动态试验,建立了基于双折线本构关系的数学模型,并利用粒子群优化算法对不同激励条件下减振器模型的参数进行了识别,通过识别参数的对比得到了减振器各参数在不同激励情况下的变化趋势. 结果显示对金属橡胶非线性减振系统进行动力学分析时,必须首先对实际工况下减振器进行动态试验,再通过参数识别获取减振器准确的数学模型,才能对金属橡胶减振系统进行准确的动力学分析.      

数控机床运行激励实验模态分析

针对影响加工效率和加工表面质量的数控机床结构动态特性问题,提出一种新的实验模态分析方法.该方法以数控机床自身运动产生的振动为激励源,通过控制运动部件以特定方式空运行,激励起结构的有效振动响应,并结合基于响应信号的模态参数识别方法获得结构的动态特性参数.针对参数识别中的伪模态问题,综合运用识别结果预处理方法和模态稳定性原理,有效去除了识别结果中的伪模态,最终得到影响机床加工的3阶低频模态频率和阻尼比.所得结果与传统实验模态分析结果有较好的一致性.该方法可用于大型重型难激励数控机床的结构动态特性研究.     

模拟环境激励下结构模态参数识别试验研究

为了实现结构基于振动特性的健康监测,进行了在线模态参数识别。综合自然激励技术和特征系统实现算法,进行了模拟环境激励下结构的时域模态参数识别。利用特征灵敏度分析得到质量归一化振型。对一个两层钢支撑框架模型进行了模拟环境激励试验和力锤激励试验;通过改变结构质量和特征灵敏度分析,得到质量归一化振型;同时进行了有限元计算分析。通过试验模态参数识别与有限元计算得到的模态参数的对比,证明了该方法的有效性。     

基于贝叶斯推断的卫星螺栓连接结构动力学参数识别

在卫星等航天器结构运行过程中，螺栓连接结构会导致卫星刚度损失和能量耗散.对于某卫星螺栓连接结构开展了含能量耗散与滞回效应的动力学参数识别分析方法研究.首先针对螺栓连接结构的力学特征给出了含动力学耗散的Bouc-Wen(B-W)模型，并推导其在不同荷载下的方程新式.进而分别构建了力锤激励冲击加载和激振器周期加载试验系统，基于贝叶斯推断模型开展了螺栓连接结构动力学参数反演识别研究，给出表征Bouc-Wen模型的螺栓连接结构动力学参数及其在周期荷载下的滞回曲线.最后，基于Bouc-Wen模型计算了不同荷载下卫星螺栓连接结构的加速度.通过计算方程新式计算数据与实测数据之间的均方误差对比两种方法的拟合程度，结果表明两者的均方误差较小，所提方法在解决卫星螺栓连接结构动力学参数识别方面具有可行性和准确性.     

非平稳随机激励下线性系统模态识别的小波方法

通过对非平稳随机激励下的线性时不变系统的响应x(t)进行小波变换.利用各级小波系数的正交性,对其中的某些平稳小波系数进行合成,得到满足结构动力学方程的新平稳信号y(b),用其代替原始的结构响应x(t),结合其他各种平稳随机激励下的模态识别的方法,进行非平稳随机激励下系统参数的识别.仿真结果表明,该方法可以在一定程度上消除非平稳随机激励所引起的响应信号的非平稳性.     

复合材料夹层梁动力响应的传递函数法求解

基于哈密顿原理推导了黏弹性复合材料夹层梁的动力学控制方程及其边界条件表达式,引入状态向量,建立了复合材料夹层梁系统的状态空间方程,采用分布参数体系传递函数方法得到了系统动力学响应封闭解.分别对采用常复模量和频变复模量模型黏弹性芯材复合材料夹层梁进行了频响特性算例验证,两者均符合较好,验证了本方法的正确性.最后讨论了芯材采用常复模量与频变复模量模型建模对结构动力学响应的影响;分析了表层厚度、铺层角度对结构动力学响应的影响规律.     

随机子空间方法结构模态识别的数值仿真

随机子空间识别(SSI)在土木工程结构中是基于环境激励的一种模态参数的识别方法,该方法对环境激励信号要求为零均值白噪声信号.基于商用程序Ansys对一简支梁在环境激励下的动态响应进行仿真模拟,根据该梁的结构响应信号利用SSI方法实现该梁的模态参数识别.     

钢管砼系杆拱桥模态参数识别及有限元仿真

以宁杭南河特大桥主桥-钢管砼系杆拱桥为背景工程进行成桥的动态试验,利用环境激励下桥面的动力响应数据进行全桥的动力特性参数识别,采用PDV100激光测振仪测得拱桥的吊杆内力.基于ABAQUS建立整幅桥梁的三维有限元模型,结合所识别的桥面模态参数以及测得的吊杆内力,对钢管砼系杆拱桥的有限元模型进行修正.研究结果表明:经修正后的模型能更准确地反映结构的动力特性,可作为桥梁结构健康监测中损伤识别与安全评估研究工作的基准模型.     

利用局部线性嵌入的模态识别

提出了一种新的利用局部线性嵌入的模态识别方法。该方法以流形学习为理论基础,从提取结构的几何或固有特征出发,以系统结构的响应数据为分析对象,可识别出结构的模态参数。该方法的基本思想是,将结构的响应看作一个高维数据集,将系统的模态看作高维数据集的本质结构与固有特征,然后通过求解数据的低维嵌入进行模态参数识别。圆柱壳仿真结果表明:提出的利用局部线性嵌入的模态识别方法能够有效地进行模态参数识别;随着阻尼系数的增加,对于贡献量较大的模态,利用局部线性嵌入的识别效果优于基于主成分分析的识别效果。     

基于振动响应的导管架平台极限承载能力分析

为评估到达一定服役期限的导管架平台结构安全性能,提出基于振动响应的平台时变极限承载能力分析方法。以东海某气田导管架平台为对象开展振动监测研究,采集不同海况下平台上部组块的加速度响应,通过随机减量法对平台振动响应数据进行特征函数提取,分别采用时序分析法和复指数法对预处理数据进行动力学参数识别。借助有限元分析建立不同损伤状态下平台固有频率数据库,通过与模态参数识别数据对比识别出平台结构健康状态。应用时域分析法进行平台非线性动力学分析,并结合极限承载能力评估准则建立动力极限承载能力分析方法。结果表明,基于振动监测分析结果的平台修正模型能较准确地反映在役平台结构健康状态,可实现平台的结构抗力的精确评估,得到不同服役期导管架平台结构时变抗力变化规律。     

激励信号特征对随机子空间方法结构模态识别的影响

利用MATLAB软件产生不同分布特征的白噪声激励信号,基于商用程序ANSYS对一简支梁在环境激励下的动态响应进行仿真模拟,根据该梁的结构响应信号利用SSI方法实现其模态参数识别,分析了不同白噪声激励信号的离散程度和零均值误差对SSI模态参数识别方法的影响.     

薄壁结构吸能预测的多元非线性回归分析

为了研究试验参数对薄壁金属结构吸能特性的影响规律,预测和分析这一类型的薄壁结构吸能特性,针对轴向冲击载荷作用下薄壁结构动态响应的非线性特性,以数值模拟为基础,建立了结构吸能特性参数与试验参数之间的多元二次非线性回归模型,编制了Gauss-Newton迭代算法程序对该非线性回归模型参数进行求解.以方形薄壁结构为例,得到了比吸能E_s,有效撞击力AE和有效撞击行程SE分别与试验参数之间的非线性拟合数学方程,最后使用该二次非线性回归模型对这一类型的方形薄壁结构在轴向冲击载荷作用下的吸能特性进行预测.结果表明:方形薄壁结构各项吸能特性参数的回归值与试验值的相对误差控制在±6.0%以内,比吸能E_s、有效撞击力AE和有效撞击行程SE的相对预测误差平均值分别为0.683%、4.604%和3.392%,说明该模型预测精度比较理想.     

弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振响应分析

基于建立的弹性地基不可伸长梁的非线性动力学模型,针对横向简谐激励下弹性地基梁的3次超谐共振响应进行研究,分析了主要参数对其非线性动力学特性的影响.利用多尺度方法,求得弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振幅频响应方程,进而得到梁的幅频响应曲线并分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值及边界条件等对梁非线性动力响应的影响.结果表明:三参数模型中第二弹性层促进梁动力响应软弹簧特性的发展,且该模型强化梁动力响应的非线性特性;外激励幅值对梁3次超谐共振响应的动力学特性有一定影响,引起骨架曲线初始偏移量的改变.     

基于同步挤压小波变换的结构时变参数识别

提出了采用同步挤压小波变换的方法识别移动车辆荷载作用下桥梁时变参数.首先介绍了基于挤压小波变换的时变参数识别理论方法,随后用两层框架结构数值算例验证提出方法的有效性和精度.设计建立了移动小车通过钢梁的试验模型,建立结构的有限元模型并利用模态试验的结果对模型进行校正.采集车辆通过主梁时的加速度响应和应变响应,由应变数据估计小车不同时刻在梁上的位置,对加速度响应数据采用提出的方法识别结构的瞬时频率,与有限元计算的结果进行对比分析.研究结果表明:提出的方法能有效准确地识别时变结构的瞬时频率,具有一定的抗噪性.     

基于结构水下冲击响应识别结构模态参数

在冲击载荷作用下,基于水下结构的动力学方程,结合Hilbert-Huang变换(HHT)推导出冲击作用下结构响应与模态参数的关系,并识别了水下结构的频率和模态阻尼比.HHT方法适合处理冲击等非平稳响应,设计的带通滤波器能自动选取截止频率,可以准确地得到各阶模态响应.且只需要结构适当一点的冲击响应,就可得到结构的固有频率和模态阻尼比.最后,以一水下矩形钢板为例,经数值计算在典型的爆炸冲击载荷作用下结构的振动响应,通过本方法得到了结构的固有频率和模态阻尼比,再以水下圆柱壳结构为例,同样得到了结构的固有频率和模态阻尼比,验证了本方法在冲击作用下识别水下结构模态参数的可行性.     

非线性能量阱系统的强调制响应研究

为了得到谐波激励下本质非线性能量阱系统出现强调制响应的充要条件，开展非 线性能量阱系统的强调制响应研究 . 利用复变量平均法推导主共振下系统的慢变动力流方 程；结合多尺度法实现系统快、慢变流形的分离，得到不同参数下系统的慢不变流形以及全局 分岔特性；通过构建快变流形的一维映射函数，揭示非线性能量阱系统呈现强调制响应状态 的充要条件；搭建非线性能量阱系统的模拟电路，进行强调制响应检测电路试验. 仿真和试验 结果表明，强调制响应是由耦合系统慢变动力流中极限环的鞍结分岔引起的且真实存在，系 统出现稳定的强调制响应必须满足两个条件：一是非线性能量阱系统响应超越慢不变流形上 的极值点，又不吸引至慢不变流形某一分支；二是形成连续跳跃环路而不陷入局部循环时.     

薄壁工件铣削过程中强迫振动响应分析

由于薄壁工件刚度较低,在加工过程中极易出现较强的强迫振动,因此导致工件加工质量降低,并进一步限制了工艺参数的选择。为求解薄壁工件的强迫振动响应并对其加以抑制,该文针对圆角立铣刀,基于力学方法建立了铣削力模型,通过实验标定切削力系数;基于实验模态分析方法,对薄壁工件的动态特性进行分析,得到刀具-工件振动系统的传递函数和模态参数;基于直接时域求解方法得出了薄壁结构受切削力激励产生的强迫振动响应(forced vibration response,FVR),并以稳态响应最大振幅为判断依据描述工件的振动强度。最后通过仿真得出了刀尖半径对强迫振动响应具有抑制作用的结论。     

基于LSTM的航空发动机整机支承刚度识别方法

针对旋转状态下航空发动机整机的支承刚度识别问题,提出了一种基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络的航空发动机整机支承刚度识别方法.首先,建立航空发动机整机模型,基于该模型获得目标转速下不同支承刚度对应的位移响应;然后,建立以LSTM为核心层的深度学习网络,以位移响应为输入、支承刚度为输出训练该网络,构建位移响应与支承刚度之间的非线性关系;最后,利用深度学习网络的泛化特性对多个支承刚度进行直接识别.使用该方法对一航空发动机整机进行支承刚度识别,结果表明,支承刚度的识别误差小于2％,LSTM的识别精度高于径向基神经网络与支持向量机.该方法避免了动力学反问题中复杂的寻优过程,实现了复杂非线性结构的动态参数识别.