轴向运动三角形薄板的模态分析

轴向运动三角板的动力学模型具有重要的理论意义和潜在应用价值,本文首次应用有 限元法对轴向匀速运动三角形薄板进行模态分析。采用 3 节点三角形单元离散求解域,基于 Kirchhoff薄板理论和虚功原理建立轴向运动三角形薄板的自由振动有限元方程,在固支和简支2 种边界条件下得到了系统前四阶固有频率及其模态,分析了轴向运动速度对各阶固有频率和模态 的影响。结果发现：各阶固有频率随速度增大而减小,第一阶固有频率首先减小到零;各阶模态的 最大挠度值沿着速度反方向偏移,速度越大偏移越明显;固支板抵抗速度影响的能力大于简支板。     

基于声辐射控制的板结构优化设计

分析了影响板结构声辐射的主要因素,得出了结构振型主导中低频声辐射、振幅决定高频辐射的结论.根据分析结果,针对中低频提出了板结构的振型优化方案;针对高频段提出了振幅优化的方案.对一典型板结构,使用这2种优化方法对其不同频段的声辐射进行了优化的数值计算,计算结果表明,振型优化法在中低频段效果较好,而振幅优化法则更加适合于高频段的声辐射控制.     

基于声辐射模态的板加筋位置优化

为了降低筋板结构振动辐射噪声,提出了两种加筋位置优化模型。一种采用遗传算法直接搜索辐射声功率最小时的加筋分布;另一种取声辐射模态的辐射效率作为优化各阶声功率的加筋数权重,然后采用遗传算法逐阶搜索声辐射模态的声功率最小时的加筋分布。对一典型板结构,使用这两种优化模型进行加筋位置优化的数值计算。计算结果表明了两种优化模型的有效性;并分析了加筋位置对各阶声辐射模态的声功率的影响。在加筋位置优化的基础上,采用声功率灵敏度进一步优化了筋的结构参数。     

一族拉格朗日等参薄板单元

提出用拉格朗日等参单元来模拟薄板弯曲,用拉格朗日乘子修正薄板势能泛函来强加板法线转角在单元交界处的连续性,这种拉格朗日等参薄板单元继承了平面弹性问题中拉格朗日等参单元的全部优点。它的求解过程简单,算法稳定,解答精度高,易于编制计算机程序。拉格朗日等参单元能很好地吻合曲线边界,加之节点未知量中没有广义位移（即转角）,特别适合推广应用于逐步更新节点坐标的空间板、壳结构非线性问题分析。     

随机位移法解小挠度薄板弯曲问题

应用一种新的力学计算方法－－随机位移法来分析小挠度薄板弯曲问题,计算时先借用有限元法的离散技术,将薄板结构离散成若干个单元和节点,以节点位移为基本未知量并给其以一定范围内的随机初值,由分片插值方法求出各单元位移,并由此获得各单元的应变能和结构的总势能,根据最小势能原理,当结构的总势能最小时,所给的节点位移为真实位移,这时若以总势能为目标函数,利用遗传算法求其最优解,则可得各节点位移的近似值。     

双圆弧齿轮的模态与振动响应

齿轮的固有频率和振型直接影响到齿轮的传动过程、噪声等.应用任意转角位置的双圆弧齿轮齿面数学模型,在Pro/E中建立了高精度的参数化双圆弧齿轮模型.运用Pro/Mechanica分析了齿轮参数对齿轮固有频率和模态振型的影响,以及特定双圆弧齿轮的振动响应.结果表明,双圆弧齿轮主要为圆周方向振动;齿数增加,对各阶固有频率影响逐步变小;不同齿数、模数组合对低阶固有频率影响较小;改变结构能明显改变固有频率.其振动响应特性为振动去除双圆弧齿轮内应力提供了理论计算数据.图8,表4,参7.     

混凝土面板堆石坝的面板单元类型研究

本文根据混凝土面板堆石坝的特点,在三维非线性弹性有限元计算中,对面板的单元型式采用了两种方案进行比较分析:一为薄板单元方案;一为等参单元方案。为了使面板与坝体相互作用,本文改进了薄板单元的数学力学模型:在薄板单元的四角设短刚臂,其长度等于薄板厚度,其端点与接触面单元和缝间连接单元的结点相连,以传递因坝体变形而导致面板发生的力矩和转角。通过例题计算,认为用等参单元计算的成果能较好反映实际情况。而由于薄板单元与其相邻单元的边界位移模式不协调,故出现较大误差。只有单元尺寸划分得很小,才能消除此误差。     

薄板低频声辐射效率的研究

由声辐射效率的模态分析方法,对一矩形简支薄板,利用有限元分析得到模态参数和振型,获得了其在低频（０￣２００Ｈｚ）范围内各阶模态的辐射效率,并在单点简谐激励的条件下,通过对结构辐射效率表达式的计算分析,提出了一种低频结构辐射效率的近似计算方法。同时还比较了激励位置对结构辐射效率的影响。     

空腹夹层板的自振特性分析

对于钢筋混凝土空腹夹层板楼盖,采用8节点弹性块体有限元方法在点支承条件下进行了30个算例的自由振动分析,结果表明,空腹夹层板的振型与同等支承条件的实心平板类似;增加结构的总厚度可以有效提高结构刚度;表层薄板厚度对结构各阶频率的影响不大,建议表层薄板厚度不大于网格尺寸的1/25;由于质量和刚度对基频的影响是关联的,肋高和网格尺寸不是影响结构基频的决定因素。本文结论对以后工程的设计具有一定的参考价值。     

结构自振特性的边界单元法分析

本文阐述了用边界单元法计算结构自振频率与振型的原理与具体实施方法,给出了计算支配方程系数矩阵元素用的特殊函数的逼近公式,用求复行列式模的局部极小值方法计算各阶自振频率,用最小二乘法计算相应的各阶振型.计算实例表明,用边界单元法计算结构自振特性,前处理简单,精度较高,不失为一种有效的方法.     

船舶机舱模型振声性能数值计算与试验验证

采用有限元/边界元法对船舶机舱动力设备及液舱流固耦合引起的振动与声辐射进行数值计算;并进行相应的实验研究。以某航海教学实习船机舱为原型,将此振声耦合系统简化为箱形多腔结构,运用数值有限元方法建立多腔结构及其单元腔室的模型,考虑流固耦合效应,对结构进行频率响应分析;然后采用边界元法对舱室辐射噪声进行了计算。计算结果与实验结果之间的误差在5 dB以内,表明本方法具有较好的准确度。采取两端简支的边界条件,研究三舱段船舶机舱模型振声性能时,充液及增加充液舱数,总体对改善舱室振声性能有利;但对于液舱接触舱室声学环境影响要分频段考虑,此外舱室距振源的距离对计算结果有较大的影响。     

轴向运动正六边形板的自由振动

本文研究了在轴向运动激励下正六边形薄板的横向自由振动问题。应用Reddy三阶剪切变形板理论刻画板的力学状态,采用6节点三角形单元离散求解域,利用虚功原理建立系统的动力学有限元方程。数值算例选取2种典型布置形式,并分别考虑固支和简支2种边界条件。通过求解系统方程得到了前四阶固有频率,经与ANSYS计算结果对比,验证了本研究方法的准确性。研究发现,速度通过离心力和科氏力影响系统固有振动,且速度与各阶频率反相关。正六边形板的第二和第三阶振动分别有2种模态,速度为零时其固有频率相同,但随着速度的增大逐渐分离。本文揭示的若干动力学现象可为轴向运动正六边形薄板的设计和优化提供参考。     

考虑流固耦合的大型渡槽横向动力分析

渡槽槽身是一种薄壁构件,在建立其动力分析模型时除应考虑渡槽槽身横向、竖向、纵向以及自由扭转变形外,还应考虑渡槽薄壁结构约束扭转变形以及槽内有水时水体对槽身的流-固动力相互作用.为此,依据符拉索夫及豪斯纳尔理论建立了考虑槽内水体与槽身动力相互作用的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导给出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,计算结果表明该大型渡槽在无水和设计水位时,其振动频率有所变化.该模型计算简单,是考虑渡槽槽内水体横向流-固动力相互作用的实用动力分析模型.     

潜水器动力舱振动与声辐射

基于壳体水弹性理论,探讨了潜水器动力舱振动与声辐射建模及分析方法,并对常用潜水器动力舱振动和声辐射进行了分析．结果表明,该舱振动复杂,模态密度大,难于避开动力源工作频率;其频率响应峰值集中在中低频段,响应大小与激振频率和激振方向有关;阻尼对频率响应影响较大,敷设阻尼材料降噪效果显著．     

水中薄板振动和辐射声场特性

为了探究裂纹薄板在水中的振动和辐射特征,提出了一种置于无限大障板上的裂纹薄板水中振动频率以及辐射效率的简便计算方法。在假定薄板小振幅振动、水中模态挠度近似为真空模态挠度的条件下,利用瑞利积分得到了因流体压而引起的附加质量密度;进而应用瑞利方法得到了薄板水中振动频率与真空中振动频率、量纲一附加虚质量增量之间的关系;在真空中模态的有限元方法计算所得数据以及采用适当方法处理奇点积分的基础上,应用离散积分计算了量纲一附加虚质量增量的值;从真空中模态特征频率出发用迭代法计算,直到水中频率收敛为止,得到水中薄板的特征频率,并计算了薄板的模态辐射效率。     

用遗传算法进行平板冲压筋的振动致声优化

冲压筋改变了板的固有频率和振型，从而能显著改变其振动和噪声特性．用遗传算法来优化平板冲压筋尺寸，以最大程度地减小总的噪声辐射功率．考虑了宽带激励下的声响应，辐射声功率用有限元法和边界元法得到．     

基于Mindlin理论新型阶梯环型变幅器弯曲振动特性研究

阶梯型辐射体具有辐射面积大、辐射效率高等优点,在大功率超声领域被广泛应用。在高频大功率声辐射条件下,薄盘的机械强度明显不足;因此应考虑用厚板。从声学工程力学应用角度研究,基于Mindlin理论推导了新型阶梯环形变幅器自由边界条件下的弯曲振动频率方程;并对频率方程进行数值求解和有限元模拟及实验测试;同时还研究了各结构参数及材料对变幅器频率的影响。结果表明,自由边界条件下,有限元模拟结果与厚板理论计算结果都比较接近实验测试结果,误差较小。当其他参数一定时,在厚板范围内,前三阶频率随圆盘基底厚度、圆盘厚度的增加而增加;随内半径和外径的增加减小;随阶梯半径的增大而增大。所取材料的前三阶有限元模拟频率与厚板理论计算结果误差较小,其中45号钢频率最大,而铜频率最小,铝频率居中,研究结论对大功率阶梯型辐射体及辐射器的设计和应用提供理论参考和频率调试依据。     

辐射板对磁致伸缩换能器输出特性的影响

辐射板作为磁致伸缩换能器的最终输出元件,它所选用的材料、尺寸、形状将直接影响换能器的工作特性。本文在换能器工作原理的基础上,通过有限元软件ATILA模拟仿真在相同激励力、边界条件下,不同材料、尺寸、形状的辐射板对磁致伸缩换能器输出特性(频率、振动幅值、声压幅值)的影响。结果表明:硬铝材料辐射板出现活塞振型时振幅最大;增加辐射板直径D可有效增加辐射板振动幅值,同时增加辐射板辐射声压值,增加辐射板厚度H可有效增加辐射板出现活塞振型的频率值;凹球面辐射板出现活塞振型时振幅最大,对应谐振腔中声压幅值最高。以上分析结果为合理设计辐射板结构提供了参考。     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.     

传统古筝的振动声学特性仿真分析

基于振动声学原理提出了传统古筝的简化分析模型;建立了古筝结构的三维有限元模型,以琴弦及琴码对面板的作用力作为振动条件进行了振动频响分析,并以振动频响仿真结果作为声学边界条件建立了古筝的声学有限元模型以仿真其声学特性.结果表明,古筝结构振动的有限元仿真结果与其实验结果基本一致,所得古筝辐射声压频响曲线的主要峰值频率与结构有限元计算的结果基本一致.其中,声压频响在350~550Hz以内比350Hz之前的声辐射效率更高;古筝向上的振动声辐射量高于向下的.