水轮机整机系统动力特性分析的多级模态综合方法

采用多级模态综合技术并利用结构旋转对称的特点,建立包括转动部件和固定部件在内的水轮机整机系统动力特性分析模型。考虑到油膜特性引起的矩阵不对称性是局部的,将实模态分析与复模态分析结合,仅需对极小规模的非对称矩阵解左右复特征值问题。给出的轴—板架系统复特征值结果与整体计算结果吻合,而计算时间大为节省。大型水轮机包括主轴、顶盖、下机架和上机架的整机系统的动力特性算例中,不仅得到了主轴弯曲振动频率,而且得到了固定部件与主轴耦合振动的频率和振型。算例表明了本文模型不仅理论先进,而且能用于工程实际计算。     

基于模态能量的随机子空间虚假模态剔除

针对基于协方差驱动随机子空间辨识法虚假模态影响识别结果的问题,提出了一种基于模态能量的虚假模态剔除方法.利用输出矩阵、状态矩阵的特征值与特征向量以及状态-输出协方差矩阵计算出识别结果中各阶模态分量的模态能量,对各假设模型阶数下计算出来的能量进行排序,保留能量最大的前j个模态用于绘制出稳定图,剩下的模态视作为虚假模态予以剔除.通过对3自由度的线性时不变系统和重庆朝天门长江大桥模型进行辨识,验证了该方法的有效性.     

密集模态的摄动理论

模态分析的矩阵摄动法在灵敏度分析和重分析中有广泛的应用。本文首先综述了已有的各种摄动方法,然后分析了密集频率产生的问题,提出了频率密集时的对策,最后给出了新的密集模态摄动理论—移动摄动法。算例表明该方法是方便有效的。     

特征系统实现算法的虚假模态剔除方法

针对虚假模态影响特征系统实现算法识别结果的问题,提出用奇异值分解结合模态能量水平来剔除特征系统实现算法识别结果中的虚假模态。利用奇异值分解(SVD)方法滤除信号中的部分噪声,减少噪声模态并提高识别结果精度,利用输出矩阵、状态矩阵的特征值和特征向量以及输入分配矩阵计算出识别结果中各阶模态能量矩阵,对其进行奇异值分解得到最大奇异值,将其作为各阶模态对输出能量贡献的衡量指标,称之为模态能量水平,然后由计算模态与噪声模态能量为零的特点剔除识别结果中的虚假模态。通过数值仿真和实例分析验证了方法的有效性。     

非比例阻尼结构复模态问题求解的矩阵摄动法

建立了一种改进的矩阵摄动法来求解非比例阻尼结构体系的模态特征值问题，即利用原体系无阻尼实模态问题的解，把实模态变换后的模态阻尼矩阵分解成比例和纯非比例两部分，以此定义一年摄动参数，运用摄动分析方法简捷地得到体系的复模态特征对的摄动解。     

基于改变结构刚度模态试验的动力学模型修改

提出了一种新的动力学有限元模型刚度与质量矩阵的修正方法.在分别测量原结构动力学系统的模态和改变结构刚度后的动力学系统模态基础上,利用矩阵计算和代数方程求解,计算出原结构有限元模型的刚度、质量矩阵的修正量.文中用实例研究了用非完整模态集进行模型修正时,实测模态阶数与模型修改后刚度、质量阵元素及模态频率、振型的计算精度之间的关系,从而证明了本文所给出方法的可用性以及当误差局限于局部小区域时该方法所具有的易用性与准确性.     

特征向量灵敏度分析的快速级数展开法

根据特征向量灵敏度分析的模态法,研究出计算特征向量灵敏度的快速级数展开法。该方法是用Ｎｅｕｍａｎｎ矩阵级数的表式来等效未知模态对特征向量灵敏度的贡献,并引入特征值移位量来控制矩阵级数的收敛性,从而明显地提高了计算效率。     

线性阻尼系统设计的新途径——模态阻尼比矩阵理论的应用

本文应用多自由度系统临界阻尼矩阵和模态阻尼比矩阵理论,提出了设计线性阻尼振动系统的新途径。根据已知系统质量矩阵、刚度矩阵和所希望得到的系统振动状态,适当选择、配置阻尼即可达到欲想的设计效果。这种设计思想是在振动控制方面的一个尝试。本文以二自由度和四自由度为例,介绍了利用临界阻尼矩阵和模态阻尼比矩阵理论设计各模态为临界阻尼和过阻尼的振动系统的设计方法。     

转子-阻尼器系统的振动分析

讨论一种立式单刚体转子系统的力学模型。重点讨论下阻尼器参数及转子惯性特性变化对转子系统的模态振型、模态频率、模态阻尼等参数的影响。以动力学普遍定理列运动方程。用复变量表示有关参数。直接用复矩阵的ＱＲ法或ＬＲ法求出系统的复特征值和复特征矢量。对系统振型随转速变化而发生的“换型”现象进行了较多的分析，了解这个力学现象对系统的参数优化是有用的。     

杆梁组合单支结构的振动反问题

本文证明了杆梁组合单支结构差分离散系统固有振动的刚度矩阵的符号振荡性，导出了其频率和模态的若干定性性质，进而讨论了由两组位移或应变模态及相应频率构造其物理参数的条件、方法和算例．     

基于改进一阶摄动法的模态高精度展开法

特征值与特征向量的确定是振型分解反应语法的前提，特别是对于需要进行多次重分析的结构；快速、准确地确定其特征值与特征向量具有非常重要的意义。目前常用的适用于结构快速重分析的改进一阶摄动法，其摄动特征解的计算前提是已知原结构所有的初始模态，这通常很难做到；而若采用普通的截尾模态法往往又合产生较大的误差。为此，考虑到高阶模态的影响，提出了基于改进一阶摄动法的模态高精度展开法，算例表明，此方法能显著地改善摄动特征解的精度。     

模态叠加法计算地震加速度时程反应的几个问题

针对模态叠加法进行结构加速度时程反应分析,讨论了广义坐标积分步长、模态截断和离散位移时程求导三个问题对加速度时程反应误差的影响。并提出了振型加速度贡献系数的模态截断指标。以简谐荷载作用下单自由度体系的地震反应和三条地震波作用下的5层框架结构的地震反应为例进行数值计算。算例分析结果表明：当广义单自由度计算的离散时间步长小于1/32倍的自振周期时,加速度反应的误差小于5%；对于加速度时程反应而言,基于振型参与质量选取的模态数偏少,应基于振型加速度贡献系数作为模态截断的依据；由离散位移时程经中心差分法所得加速度的误差与直接由模态叠加法所得的基本相同,而FFT方法所得加速度时程存在虚假的高频振动而误差较大,采用低通滤波可有效降低误差。     

冠状动脉植入支架的动态特征分析

采用有限元分析方法,研究了镁合金冠状动脉支架在植入过程中由膨胀产生的弹塑性大变形行为,得到了支架内等效应力随膨胀加载位移的变化规律. 考虑了支架回弹后残余变形、残余应力以及血管约束对其动态特征的影响,计算了支架前5阶的固有频率、相应的振动模态以及在简谐激励下的位移响应. 分析结果指出,植入支架经过膨胀和回弹变形后,前5阶固有频率均会显著降低,并且残余应力对支架固有频率和振动模态影响较小. 考虑血管约束时,支架的前4阶固有频率有所改变,但是不影响振动模态特征. 并且指出支架较之扭转和呼吸变形更易产生弯曲变形. 这些结果可为支架强度和刚度的优化设计提供参考.      

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.     

变频器谐波抑制的一种新型采样法

交流电动机的变频调速技术应用愈加广泛,但在变频器的输出电压中含有大量的谐波,为有效地消除谐波的不利影响,在传统的规则采样法的基础上对其进行改进,提出一种新型的采样法.应用Matlab/Simulink建立变频调速系统的仿真模型,仿真实验表明,该采样法能更精确地确定采样点的开关时刻,有效地抑制谐波,使谐波畸变率达到5%以下.     

直线筛分机系统的非线性响应分析

针对一种三自由度垂向振动模型,建立简谐激励作用下的微分方程,用半解析法推导出系统的全响应及Poincaré映射在不动点处的线性化矩阵。基于六维Poincaré映射法和Floquet理论对模型周期响应的稳定性和系统在不同频率段的动力学形态进行探索。仿真结果显示:该系统在特定参数下存在Flip分岔、Neimark-Sacker分岔、环面倍化分岔与Hopf-Hopf分岔之间共存、跳跃,最终进入混沌状态的道路。研究该系统有利于提高筛分机的筛分效率。     

频率涨落线性谐振子在简谐激励下的随机共振

研究了线性谐振子在固有频率存在白噪声的情况下受到简谐激励后的系统输出响应.计算出一阶矩的解析表达式后发现:输出响应是简谐振动,振动频率是激励力的频率,振幅随简谐激励力频率和固有频率的变化均出现随机共振.     

转子叶片在声波激振作用下的谐响应数值仿真分析

基于有限元理论的预应力谐响应分析方法,利用有限元分析软件ANSYS对转子叶片进行数值仿真分析,探讨当激振声频一定时,声强与转子叶片应力响应之间的关系曲线,以及当声强一定时,激振声频与叶片应力响应之间的关系曲线。通过谐响应数值仿真分析可知,当作用在转子叶片上的声强到达150dB,且声波激振频率在750Hz左右时,转子叶片产生明显的共振现象,叶片的应力明显增大。在设计转子叶片的工况时,应该采取相应的措施以避免在此处产生共振,提高转子叶片寿命,以及安全性能。     

改进频率相关黏性阻尼模型的时程计算方法

复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛. 迟滞阻尼模型存在能量耗散与实际不符以及非线性的缺陷. 针对复阻尼模型和迟滞阻尼模型的缺陷,本文依据频域转化原则得到了频率相关黏性阻尼模型. 为实现结构体系的时程计算,基于加速度与位移的关系假定,进一步得到了改进频率相关黏性阻尼模型.改进频率相关黏性模型保留了结构每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,同时克服了迟滞阻尼模型中能量耗散与实际不符的缺陷,还保证了单一振动频率下单自由度结构的线性特征.假定时间步长内结构处于单一频率的简谐振动,引入常平均加速度法,提出了单自由度体系的时程计算方法. 在此基础上,结合模态叠加法,推导了多自由度体系的时程计算公式. 算例结果表明,改进频率相关黏性阻尼模型可克服复阻尼模型频域法的缺陷,同时有效避免复阻尼模型时域法计算结果的发散现象.     

钢筋混凝土柱变形性能指标限值及其试验验证

基于收集的469个钢筋混凝土(RC)柱低周往复荷载试验结果,对RC柱破坏形态的影响因素进行研究,提出以剪跨比和弯剪比为参数划分RC柱破坏形态的方法.根据我国现行规范将RC柱的抗震性能状态划分为7个等级,基于构件的力-位移角骨架曲线的3个关键性能点(屈服点、承载力退化20%点及丧失承载能力点)提出RC柱各性能状态变形指标限值的确定方法.结合469个RC柱试验结果的回归分析,确定不同破坏形态RC柱的变形性能指标限值,并对该变形性能指标限值体系进行易损性评估.进行11个RC柱的拟静力试验,利用试验结果进一步验证本文提出的RC柱变形性能指标限值.结果表明:本文提出的RC柱变形性能指标限值的准确性、离散性及超越概率均在合理范围内.