基于能量有限元法的损伤板结构振动分析

工程结构在服役期间会出现各种形式的损伤,其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生变化,因此基于振动的结构损伤识别得到了广泛的研究并在工程运用中具有重要的意义。采用能量有限元法对含有损伤的平板和耦合板结构的振动特性进行分析,算例分析中分别采用能量有限元法和有限元法对平板的能量密度进行了计算和对比,验证了能量有限元法的准确性。在此基础上提出了基于能量密度变化和结构声强变化的两个损伤指标,并对损伤识别指标进行了可视化分析,随后通过算例对比进一步确定基于能量有限元得到的结构声强变化能够有效地识别板结构的损伤部位,并对含有损伤的耦合板的结构声强进行了研究,为今后将能量有限元法进一步应用到结构损伤识别中提供了基础。     

基于能量有限元法的功能梯度梁振动分析

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)由于其优良的结构性能和重要的应用价值,近些年来得到了广泛的研究和关注。采用能量有限元法对功能梯度梁和耦合梁的弯曲振动特性进行研究,推导了功能梯度材料梁的能量密度控制方程、能量有限元矩阵方程以及耦合梁的能量有限元方程,从而得到梁中的能量密度和能量流。以一简支功能梯度梁为例,分别采用该方法和传统有限元法计算了梁弯曲振动时的能量密度,通过对比验证了能量有限元法求解的准确性。在此基础上进一步对耦合功能梯度梁结构的能量密度和能量流进行了求解,得到其能量分布特征。该研究为基于能量有限元法分析复杂功能梯度材料结构的振动特性提供了理论基础。     

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型EI北大核心CSCD

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。     

基于流体诱发管道振动的气液两相流型识别

通过对不同流型的气液两相流流经管道时诱发的管道振动特性的实验研究,提出了基于流体诱发振动的非接触式在线两相流流型识别新方法.通过安装于测试管道外壁的振动传感器测量不同流型下气液两相流诱发的振动信号;采用小波包分析提取了表征流型变化的振动信号能量特征向量;以能量特征向量作为模型输入,建立了概率神经网络模型用于识别分层流、...     

轴向力影响下大阻尼梁高频能量流响应解析模型

针对轴向力作用下大阻尼梁的高频振动问题,基于能量流分析方法构建高频动响应解析预报模型。推导梁结构的能量传递方程和能量损失方程,结合功率平衡方程构建轴向力影响下大阻尼梁的能量密度控制方程。以简支梁为典型算例,分析结构的能量密度响应,研究轴向力和结构阻尼损耗因子对高频能量流响应的影响。数值结果表明：提出的能量流响应解析模型渐进一致逼近基于波动分析法的经典模型解,可以准确预示轴向力作用下大阻尼梁的高频弯曲振动响应。随着梁结构轴向载荷和阻尼损耗因子的增加,能量密度自激励点向两端约束边界衰减速度提高。但是,梁结构的弯曲振动总能量随轴向载荷单调增加,而随阻尼损耗因子单调减小。     

充液管道能量传递途径及减振分析

通过有限元方程求出充液管道的力和位移响应,由力和位移响应求出管道系统的功率流及能量分布,从能量角度对管道振动进行定量的评估。从减少管道自身的振动出发,以管道平均长度的能量为评估值,定量地评估在采用不同的支承时管道的振动程度,并与传统的以管道振动位移为评估值的振动评估方法进行对比。结果表明,以能量作为评估值的方法比以位移作为评估值的方法更准确,可为管道系统的振动控制提供更为有效的理论依据。     

充液管道振动研究

充液管道系统中液体的压力脉动和管壁的结构振动会引起很强的振动和噪声，甚至导致管系或机器的损坏。由于在充液管道中存在多种振动波，且它们之间会发生耦合，振动机理非常复杂。因此长期来许多学者对此进行了大量的研究。本文主要综合阐述国内外关于管道振动的研究概况，并集中讨论充液管道振动噪声的研究。     

脉动力作用下充液直管动态特性分析

运用Fluent对充液直管进行流场仿真,分析充液直管内流在周期性初速度条件下的压力变化特性。运用ANSYSWorkbench单向流固耦合模块,分析充液直管在脉动压力作用下流固耦合振动模态特性,以及管道支撑间距对充液管道振动模态的影响,为工程设计提供参考。     

基于BEM/FEM的船舶注水系统管路噪声分离预报

船舶注水系统振动与噪声突出,亟待采取针对性措施予以治理。基于有限元法和边界元法,提取流场计算中注水系统管道及阀门壁面脉动压力,分别作为偶极子噪声源和结构振动激励源计算系统流噪声和流激振动噪声,实现注水系统辐射噪声分离预报。分析流噪声和流激振动噪声声压级的频谱特性和能量贡献比,结果表明流噪声能量在总噪声能量中占比较高,应该优先针对流噪声采取相应的降噪措施。     

三明治耦合板的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理,结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比,验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解,获得其能量密度和功率流分布特征。     

中空薄板能量密度求解

复杂结构中高频振动响应的准确预测有着重要意义。基于能量有限元法,选择适用于复杂求解域的线性三角形单元,推导出薄板弯曲波能量密度,并通过统计能量法对其准确性进行验证;利用一种隐式几何网格划分法将能量有限元法推广到中空二维结构,同时以简单开孔矩形薄板为例研究单位功率激励下的能量密度与能流,研究发现,薄板能量密度随开孔尺寸增加而不断增加。研究对求解复杂结构中高频振动能量分布具有一定意义。     

基于功率流有限元方法的异形薄板能量密度求解

在机械工程中,对结构在不同频率激励下的振动响应进行分析预测具有重要的意义。功率流有限元法以其适用频率范围较广,可得到结构响应的细节信息等优点成为振动分析领域的研究热点。利用功率流有限元方法对薄板的弯曲波能量密度进行了求解,使用加权残差法导出了薄板单元节点的能量密度残差,利用线性四边形网格对薄板进行网格划分并在此基础上建立了单元的有限元方程,进一步地通过对单元有限元方程的组装和求解得到了薄板上各个节点处的能量密度响应,引入线性三角形网格以处理复杂形状薄板能量密度的求解,对使用功率流有限元方法求解任意形状薄板上的能量密度分布问题具有一定意义。     

能量有限元方法在复合材料层合梁耦合结构振动分析中的应用

以能量有限元方法(EFEM)建立控制方程,研究了复合材料层合梁受激励时的横向振动问题。该方法以结构中的能量密度作为变量,根据波动理论中功率流与能量密度的平衡关系建立了与傅里叶热传导方程类似的二阶偏微分方程组,通过有限元离散得到结构单元节点的能量密度矩阵形式方程。根据耦合连续平衡条件,建立耦合单元节点矩阵,从而对总矩阵方程进行组集及求解,得到结构中能量密度的分布。通过数值算例与传统有限元方法(FEM)结果做了对比,取得了较好的一致性。     

悬臂叠层板状结构稳定性研究

将管道理论引入叠层板状结构的流致振动研究,在势流理论下,基于输流管道的哈密顿原理,建立悬臂支承叠层板状结构的流致振动模型,用微分求积法对模型的运动方程进行离散,运用特征值分析与响应分析结合的方法,确定系统失稳的临界流速与形式,并研究不同参数对稳定性的影响。结果表明,悬臂叠层板发生颤振失稳,间隙,管/液质量比,间隙和流速非对称参数对颤振流速有一定的影响,但在该研究参数范围内对系统失稳形式没有影响。     

基于功率流分析的结构声优化研究

功率流有限元法是分析复杂结构振动能量密度和强度的有效方法。在文中,结合边界元声学方程,将法向功率流定义为目标函数进行结构噪声问题研究。在数值分析中,用遗传算法对一加肋板结构进行了优化计算分析。计算结果验证了该方法的可行性和有效性。     

充液直管动力响应特性研究

本文讨论充液直管在低频时的动力响应特性,考虑管道中液体压力脉动和结构振动之间的耦合作用,由充流直管梁模型的振动微分方程组,导出了充液直管的传递矩阵,并用传递矩阵法对一具体直管装置进行了数值计算,分析了管道中的能量分布规律,讨论了不同参数对响应的影响。     

基于HVD包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别

针对复杂工作环境下井架钢结构损伤识别问题,提出了一种基于希尔伯特振动分解(HVD)包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别方法。已知非平稳、非线性的复杂信号,利用结构低阶信息,利用HVD法将其分解为拥有缓慢变化多个信号分量之和,选取主分量提取信号特征;对于井架钢结构损伤识别,利用HVD法提取振动信号的损伤特征,将HVD包络谱瞬态能量曲率作为损伤敏感指标;计算井架钢结构振动信号包络谱瞬态能量曲率完成损伤识别,以ZJ70井架钢结构为例,通过损伤识别仿真计算,得出该指标对井架钢结构损伤敏感,能够准确识别单损伤和多损伤位置;将该方法应用于ZJ70井架钢结构实验模型,成功地识别了单损伤和两损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

梁损伤小波包分析和神经网络识别

针对柔性悬臂梁裂缝损伤问题进行损伤位置和损伤程度的识别研究。首先用有限元法建立系统动力学模型。然后对系统的动力响应信号进行小波包分解,建立基于小波包能量谱的损伤指标。把损伤指标作为改进BP神经网络的输入特征参数,用分步识别方法进行损伤位置和损伤程度的识别。最后进行了数值仿真研究。仿真结果表明,利用小波包分析和改进的BP神经网络可以精确地识别出柔性梁的损伤位置和损伤程度。     

弹性约束充液管道的振动模态试验与预报研究

充液管道是舰船主要的辐射噪声源和自噪声源之一,严重影响舰船的战斗力,有必要开展弹性约束充液管道振动模态的试验与预报研究。开展了未充液管道的模态试验,在约束未知的条件下基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现弹性约束的修正,并基于双向流固耦合的有限元法预报充液管道的湿模态振动特性。干湿模态有限元仿真结果与试验结果的固有频率平均误差分别为3.06%和2.47%,最大误差分别在0～6.19%和0～5.30%。振型基本相同,符合良好;充液管道湿模态的固有频率较干模态有明显降低,各阶频率漂移比例基本相同。证明了所用方法对管道干模态的约束修正结果可以应用在湿模态有限元分析中并获得良好的仿真精度。采用的多目标优化方法避免了权重选取困难、目标函数物理意义不明确等问题,能根据实际需要和偏好对修正结果进行灵活选择。为相关工作的开展提供了参考和建议。     

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。