基于松弛技术的重频密频结构模态灵敏度分析

文章提出了可以避免重频影响的模态灵敏度算法,通过这种方法可以获得绝大部分的精确解,对于需要近似的部分,给出了一种数值处理技术及其误差估计方法;通过引入带有明显物理意义的松弛因子,讨论了重频模态对灵敏度的贡献,并阐明了重频子空间模态选取的敏感性问题,为密频结构的振动控制等研究提供易于操作的可行算法及理论模型;数值算例说明了该算法的可行性及有效性.     

基于摄动法的密频结构可控性

为研究密频结构频率密集度对结构可控性的影响,针对3自由度的密频结构,从结构基本振动方程入手,采用摄动分析方法推导了闭环系统频率、阻尼比和摄动量的相关方程.在速度反馈和状态反馈情况下,讨论了结构频率密集度对结构可控性的影响,并对不确定参数对结构模态阻尼比的影响进行了分析.分析结果表明,对于采用速度反馈、位移反馈的闭环系统,随着结构频率密集度参数的减小,结构的部分模态阻尼比逐渐趋向于零,相应的结构模态趋于不可控.考虑了结构刚度和质量参数不确定性对密频结构可控性的影响,结果表明参数不确定性会影响密频结构不同模态之间的耦合程度,进而改变结构的可控度.     

基于摄动分析的密频结构可控性研究

为研究密频结构频率密集度对结构可控性的影响,从密集频率结构的基本振动方程入手,针对三自由度的密频结构,采用摄动分析方法推导了闭环系统频率、阻尼比和摄动量的相关方程。在速度反馈和状态反馈情况下,讨论了结构频率密集度对结构可控性的影响,并对不确定参数对结构模态阻尼比的影响进行了分析。分析结果表明,对于采用速度反馈、位移反馈的闭环系统,随着结构频率密集度的降低,结构的部分模态阻尼比逐渐趋向于零,相应的结构模态趋于不可控。考虑了结构刚度和质量不确定参数对密频结构可控性的影响,结果表明不确定参数会影响密频结构不同模态之间的耦合程度,进而改变结构的可控度。     

实模态参数的特征曲线法在结构优化设计中的应用

提出了实模态参数的特征曲线法及其在结构优化设计中的应用。利用多节点数值技术,绘制实频率、实模态及实频率的一阶灵敏度的曲线,可以有效地避免重频区间、密频区间及模态跳跃区间等不利于结构优化与控制的设计区间,从而寻找设计参数的优化区间,是一种结构优化设计的新方法。一个具有5自由度系统用来展示此方法的有效性及可行性。     

智能结构重频系统反馈控制

提出了一种智能结构重频系统振动控制规律的设计方法·为了解决重频子空间相对应的特征向量选取的敏感性问题,通过摄动分析得到与重频子空间相对应特征向量的线性组合并利用闭环系统特征值极点配置的方法得到重频系统的振动控制规律;在所设计的反馈控制力作用下,讨论了结构参数改变后对系统的动态特性的影响;最后通过算例证明该方法的有效性     

考虑弹性基础的气液两相流海洋立管耦合振动分析

基于气液两相流立管系统的模态分析和气液两相流流动特性试验,预测与评估不同流态的气液两相流引起弹性基础上海洋立管的振动特性。模态分析中考虑流体密度分布的变化和不同弹性基础系数对振动模态的影响;气液两相流流动特性试验中,绘制含7种流型的流型图,测试各流型的压力波动特性并进行时频分析。模态分析与试验结果相结合,分析不同弹性基础时7种流型引起立管共振的可能性,并预测各流型引起立管振动的特性。最后,测试7种流型引起的试验装置的振动响应,验证耦合振动分析方法的准确性。结果表明:气液两相流和弹性基础对立管系统的固有频率和振型有显著影响;立管系统无弹性基础支承时,严重段塞流I、严重段塞流Ⅲ、段塞流和波动气泡流会引起立管系统的共振;基础的弹性系数较大时,两相流不会引起立管系统的共振,试验装置的振动响应与管内两相流流动参数的波动规律一致。     

具有重特征值的阻尼线性系统振动

本文在复模态理论基础上引入系统传递函数矩阵及其留数矩阵的概念，推证了传递函数矩阵展式，通过展式导出系统振动响应的实数表达式可用于计算具有重特征值的阻尼线性系统振动响应，从而解决了涉及重特征值的振动求解问题，文中对特征值、特征向量及留数矩阵做了探讨，并给出了算例。     

弹性浅拱的非线性动力屈曲

采用非线性动力学方法探索了跌落冲击弹性浅拱的动力跳跃屈曲问题.由哈密顿原理得到结构的非线性动力平衡方程,同时采用单模态和双模态两种模态形式进行分析,并通过伽辽金方法得到结构响应的控制方程.文中讨论了系统平衡点的特性,研究了系统的吸引子及其吸引域等稳定性问题.数值结果表明:双模态分析法较单模态分析法精确;在某些情况下,单模态分析无法给出正确的屈曲临界条件和系统动力响应.另外,拱的初始位形变化对跳跃屈曲的临界条件影响显著,高拱具有更高的屈曲承载力.     

考虑电磁激励的水轮发电机组扭转振动分析

为揭示水电机组的机电耦联振动规律,研究了发电机转子轴系在电磁激励作用下的扭振特性．考虑凸极磁极分布对气隙磁导的影响,利用能量法推导了电磁转矩和电磁刚度的表达式;建立了电磁激励作用下的系统机电耦联扭转振动模型;通过模态分析揭示了系统存在零频现象,提出了零频的简化计算方法;利用级数解法求解了系统的稳态响应,并分析了稳态响应的敏感度．实例计算结果表明,提出的零频简化计算方法的精度可以满足工程要求;为控制稳态响应,应减小电磁刚度,降低激磁电流,使内功率角避开敏感区域．研究结果为机组的设计与稳定运行提供了理论依据．     

结构振动重频浅析

研究几种结构的重频现象，着重分析双简支梁系统发生重频的条件，从而指出重频现象的普遍性，并给出数值计算中防止由于重频产生频率漏解的一些措施．     

联合经验模态分解与二次时频分布的参数识别方法

提出了联合经验模态分解和二次时频分布进行模态参数识别的方法.将多自由度系统的响应信号用经验模态分解法分解为单频率响应的振动信号,进而计算模态频率和阻尼;由单频率响应信号的二次时频分布及其与其它质点响应信号的互二次时频分布的比值来识别模态振型,并对一多自由度的线性系统进行了计算,结果表明该方法能较好地识别结构的模态参数,且抗噪声强.     

实验应变模态分析原理和方法

在复杂结构的动态设计中，应变测量和应力计算是分析结构在动载下进行强度 设计和疲劳寿命估算的关键。文章给出了预测振动应交响应的模态模型；并从这一基本 模型出发，系统阐明了应变传递函数的构成特点，测试方案以及模态参数识别的４种方 法。模态模型及各参数一经确定，便可用以计算任意载荷条件下的应交响应，应力响应 也就可以计算。     

线性亏损振动系统的模态分析理论

在线性振动系统中系统矩阵不可能对角化的情况下,提出了所谓的线性亏损系统的模态分析理论。引入系统矩阵的概念,对一般线性振动系统给出了系统自由响应、强迫响应和传递函数的显式计算公式,并指出复模态理论是亏损系统模态分析理论的特例。     

振动试验环境下微光瞄准镜模态参数识别

本文研究了微光瞄准镜在振动试验环境下的材料选择、结构优化设计和模态参数识别等问题。在最优控制理论的基础上,采用振动模态分析理论和曲线拟合方法,对不同模态和试验频率范围的系统频响函数试验数据进行了理论数值计算和曲线拟合,从而得到反映实际系统特性的模态阶次、阻尼特性和振型系数。试验结果表明,该试验系统第5、6和7阶模态工作频率接近系统的固有频率89.16Hz范围,模态工作环境对试件结构影响较大。所以在微光瞄准镜镜身材料的选择时,建议采用钛合金代替殷钢,因为它和主物镜的机械性能接近,在壳体设计时改变现有微光瞄准镜壳体结构,避开产生这样的频率范围。     

环境激励下鹤洞大桥模态参数识别分析与比较

在已建立的鹤洞大桥结构健康监测系统的基础上,同时采用GPS变形监测和加速度振动测试系统,在环境激励下对桥塔和桥主跨段进行位移和加速度响应的同步测试.采用基于总体平均经验模态分解法(EEMD)的改进HHT方法,对GPS系统监测位移进行时频域联合分析,同时对于桥面加速度振动测试数据则采用常规的功率谱峰值法进行频域模态识别.通过2种不同信号采取2种不同模态参数识别方法,进行系统辨识结果对比分析,发现GPS监测位移可以较好地反映主整体结构的低阶振型响应,基于EEMD的改进HHT方法能较好地处理低频非平稳随机信号的干扰及模态混叠现象的发生;相对于常规的功率谱峰值法,本文所采用的改进HHT方法对模态参数辨识结果具有更强的优越性.同时通过2种不同测试信号对于部分阶次模态的系统参数识别结果,与有限元数值分析结果较为相近,验证了上述2种测试结果的正确和可靠性.GPS变形监测系统与加速度动力测试子系统相结合,能较好地识别鹤洞大桥主要模态参数,为大桥的安全有效运作提供坚实依据.     

密频结构实模态参数的特征曲线法

本文利用特征值函数及其一阶导函数与设计参数的关系图,讨论了设计参数对特征值分区的影响,以及密频现象发生的位置和程度。并且运用特征向量函数及其一阶导函数与设计参数的关系图,分析上述密频发生时,特征向量的不稳定性及发生跳跃的程度。     

竖向激励下斜拉桥的内共振动力响应分析

将斜拉桥简化为单自由度振子-索模型,对振动方程进行线性简化;采用Matlab程序和Ansys程序分别对简化模型进行模态分析。索桥频率比分别取0.98、1.00和1.04,在模型支座处施加竖向加速度激励,进行时程分析,求解了系统的动力响应。分析结果表明,单自由度振子-索模型分析斜拉桥的振动问题是有效的和可行的。当索桥频率比在1∶1附近时,拉索与振子的振动存在耦合效应,产生内共振;在简谐支座竖向加速度激励下,系统的动力响应存在瞬态阶段和稳态阶段,响应峰值出现在瞬态阶段,拉索振动以第1阶模态振型为主;拉索动索力和拉索与振子间的相互作用在稳态阶段的幅值均出现漂移现象,拉索动索力变化幅度剧烈。因此,在斜拉桥设计和索力测试中要考虑索桥内共振的影响。     

基于振动传递特性分析的快捷重载货车空载运行时的振动控制

针对快捷重载货运列车运行过程中运行不平顺、振动剧烈等问题,基于有限元模态分析和多体动力学刚柔耦合分析基本理论,利用Ansys和Simpack联合仿真分析方法,建立考虑转向架和车厢弹性的整车刚柔耦合动力学模型,模拟货车行驶过程,分析关键位置振动响应;利用时频分析和频响分析得出结构振动较大的原因,并通过理论分析找出结构优化的方法,设计新型轮对定位结构和调频质量阻尼器结构.结果表明:车厢和侧架的弹性共振是导致车辆系统振动剧烈的原因,新型轮对定位结构能够很好地抑制轮对和转向架的垂向和横向振动,车厢中部调频质量阻尼器的使用能够有效抑制车厢浮沉振动.因此,振动传递特性分析是研究车辆振动的有效手段,得出振动能量与激励和系统传递的相关性,本文提出的两种改进结构设计可为快捷重载货运列车的振动控制提供技术支持和应用参考.     

混凝土密肋式锥面网壳的动力特性分析

混凝土密肋式锥面网壳是由相等的密肋平板在脊线处交汇形成的一种新型网壳结构。为了解网壳结构的动力特性,采用子空间迭代法求解结构的自振频率及振型,并通过讨论影响结构基频的主要因素,对基频进行公式拟合。结果表明:结构的振型以竖向振动为主;因结构刚度分布均匀,频率多次"重频"且有明显的跳跃点;网格数不变时,增大结构矢跨比对提高结构整体刚度是不利的,建议屋盖矢跨比的选取不宜过大;边梁刚度的增大会加强对密肋板的约束,进而提高结构整体刚度,建议边梁截面高度的选取宜按跨度的1/40～1/30确定;增大密肋梁刚度能有效提高结构整体刚度,但过大的密肋梁高度会加大结构自重,建议密肋梁截面高度的取值宜按跨度的1/100～1/75确定;结构基频的公式拟合值误差满足工程精度设计要求。     

机电集成电磁蜗杆传动机械系统灵敏度分析

建立了电磁蜗杆传动机械系统动力学模型,采用一阶灵敏度函数法推导出系统灵敏度矩阵,在初选结构参数的基础上,研究机械系统主要结构参数对电磁啮合的影响规律,得出固有频率对这些参数的灵敏度变化曲线。研究结果表明,电磁蜗杆传动机械系统自由振动的模态分蜗杆模态和蜗轮模态;机械系统的固有频率较低;对于每个磁极都有三个不同的固有频率相对应。通过灵敏度分析,可以解决运行过程中机械结构振动的固有频率对传动随机参数的响应问题,选取参数时远离激励频率,避免共振现象的发生,为机电集成电磁蜗杆传动的加工制造提供依据。