统计能量优化设计法研究

用设计变量表示统计能量法参数，建立统计能量法方程解得结构各频段能量值，用能量值表示目标函数，基于此建立基于统计能量法声振优化设计模型．对一个由两子系统构成的结构进行优化设计表明，由于能量随频率变化的光滑性，基于统计能量法的模型很适于优化设计．     

利用子空间法识别统计能量分析参数

利用统计能量分析进行高频动力学环境响应预示的关键步骤之一是确定可靠的统计能量分析参数。该文研究了基于子空间的统计能量分析一阶功率流模型辨识和模型修正理论,基于多变量输出误差状态空间(MOESP)算法和约束优化思想,提出一种利用子空间法识别统计能量分析参数的新方法。通过算例对该方法进行了仿真验证,结果表明方法可行并具有较好的抗噪性能。最后,对L 型板结构进行了实验统计能量分析,比较了子空间方法和功率输入法结果,两者吻合很好,从而进一步验证了子空间方法的正确性。该文验证了利用瞬态时域数据进行统计能量分析模型修正和参数识别的可行性,也是对实验统计能量分析的补充和发展。     

应用统计能量法对系统瞬态响应的研究

用统计能量法研究了脉冲激励下两自由度系统的瞬态响应，得出了响应的峰值能量和上升时间的解析式，并对其进行了数值分析。研究表明：减小振子间的耦合刚度和增大振子的内损耗因子，能够有效减小响应的峰值能量；通过增大内损耗因子和耦合刚度，可以减小振子之间的能量交换。这些结论与传统方法给出的结果一致，而瞬态统计能量法比传统方法更为简洁。     

钢铝结构连接耦合损耗因子计算方法研究

统计能量法已广泛用于解决高频振动与噪声问题,耦合损耗因子是其关键参数之一。研究基于统计能量法、有限元法和功率输入法,提出一种钢铝连接耦合损耗因子数值计算方法,并运用MATLAB编写了计算软件。通过对含过渡接头的T型连接结构进行数值和实验研究,验证了该法的可靠性。这对提高钢铝混合结构的噪声预报精度及指导其结构声学设计具有重要意义。     

结构振动阻尼测试的衰减法研究

使用反向滤波、反向积分、能级平均等技术构建了衰减法阻尼测试的数据处理系统,研究了衰减法阻尼测试结果与统计能量分析意义下的频段阻尼之间的关系,探讨了频段外模态的阻尼对频段阻尼测试结果的影响,最后使用平板的瞬态冲击有限元仿真数据对相关结论进行了验证。研究表明：在所研究的频段内,当各模态的阻尼相差不大时,衰减法测试结果同统计能量分析意义下的频段阻尼一致,反之衰减法测试结果小于统计能量分析意义下的频段阻尼;当频段外含有阻尼较小的模态时,该模态对该频段的频段阻尼测试结果将产生较大的影响;如果各模态的模态阻尼随频率变化平缓,则各频段的频段阻尼测试结果较为准确,反之相关频段的频段阻尼测试结果误差较大。     

单自由度NES在高斯白噪声随机激励下的响应分析

对带有非线性能量汇的单自由度系统进行建模,采用有限差分法进行数值求解,再利用蒙特卡洛法进行数值模拟,比较了两种不同方法下得到的系统稳态统计响应;然后进行参数讨论和分析,讨论了不同参数对系统稳态统计响应的影响,为随机激励下的非线性能量汇动力学参数设计提供参考依据。     

离散频谱四点能量重心校正法及抗噪性能分析

在对比离散频谱能量重心法采用不同点数时的频率、幅值和相位校正精度的基础上提出了4点能量重心校正法,推导了高斯白噪声背景下单频率谐波信号采用4点能量重心法进行频率、幅值和相位校正的统计方差公式,通过仿真计算验证了其正确性.分析对比了采用不同点数进行能量重心校正时的优缺点,建议在工程中采用Han-ning窗4点能量重心法进行谐波信号离散频谱校正.     

基于ERA的统计能量分析参数确定方法

统计能量分析（SEA）是解决复杂结构高频动力学问题的有效方法,正确估计统计能量分析参数则是利用该方法得到可靠分析结果的关键。论文基于特征系统实现算法(ERA)提出一种确定统计能量分析参数的方法,首先应用ERA辨识统计能量分析系统的最小阶功率流模型,然后利用辨识模型的特征对修正初始统计能量分析模型,进而得到较精确、可靠的参数。三子系统SEA模型的仿真结果验证了利用该方法得到的统计能量分析参数的正确性,而且在一定测量噪声干扰下仍能保持较好的精度。最后,对铝蜂窝夹层结构小卫星的SEA模型进行了仿真,进一步验证了算法可应用于复杂结构的统计能量分析参数识别。     

统计能量分析法在声屏障设计研究中的应用

在应用统计能量分析（SEA）法对城市快速高架路声屏障进行准确估算的基础上,对不同结构形式、不同材料构成及不同布置形式的声屏障降噪效果进行预测。结果表明,应用统计能量分析方法可以通过简单的修改就能快捷而准确地获得敏感点频谱特性,大大提升声屏障计算的工作效率和可操作性。     

机床电主轴多结构耦合损耗因子的试验研究

机床电主轴的精细化动力学建模是确保其高速高精且平稳运行的理论基础。电主轴结构复杂,而采用统计能量分析原理可以实现对复杂系统动力学模型的求解。针对统计能量分析研究模型中的关键参数,以耦合损耗因子为研究对象,建立了多结构的内损耗因子、总损耗因子、能量比及耦合损耗因子的试验理论模型;依据瞬态衰减法测试并通过数据处理获得了耦合子系统内损耗因子和总损耗因子,利用均值导纳法获取耦合子系统能量比,根据瞬态能量平衡方程计算了耦合损耗因子;通过与理论分析对比,验证了提出的瞬态激励试验实现耦合损耗因子的测量分析方法是正确的。该方法可实现快速高效的获取复杂动力学系统的耦合损耗因子。     

复杂耦合动力系统振动响应的统计估计方法研究

复杂耦合动力系统是一种常见的工程力学系统,分析了复杂耦合动力系统振动响应的统计估计问题.首先通过动态系统的统计能量分析(SEA)方程,应用扰动法推导随机系统的能量平衡方程,进而推导复杂耦合系统响应的统计估计公式.在分析复杂耦合系统的响应统计估计时,重点分析各种形式激励对系统响应统计估计的影响以及载荷参数的确定方法.分析表明,相互独立的载荷作用是相关载荷作用时的一种特殊情况,它们可以应用统一的计算公式来表达.根据建立的响应统计估计方法,设计了相应的试验件,验证其正确性,试验结果表明,应用该推导得到的理论公式,系统响应的相对偏差能有效的减小,得到的能量平均值能够与试验值较好地吻合.     

Periodic solutions of multi-degree-of-freedom strongly nonlinear coupled van der Pol oscillators by homotopy analysis method

The mathematical models of multi-degree-of-freedom (MDOF) strongly nonlinear dynamical systems are described by coupled second-order differential equations. In general, the exact solutions of MDOF strongly nonlinear dynamical systems are frequently unavailable. Therefore, efforts have been mainly concentrated on the approximate analytical solutions. The homotopy analysis method (HAM) is a useful analytic tool for solving strongly nonlinear dynamical systems, and it provides a simple way to ensure the convergence of solution series by means of a convergence-control parameter ${\hbar}$ . Unlike the classical perturbation techniques, this method is independent of the presence of small parameters in the governing equations of motion. In this paper, the HAM is applied to formulate the analytical approximate periodic solutions of MDOF strongly nonlinear coupled van der Pol oscillators. Within this research framework, the frequency and the displacements of two-degree-of-freedom (2-DOF) strongly nonlinear systems can be explicitly obtained. For authentication, comparisons are carried out between the results obtained by the homotopy analysis and numerical integration methods. It is shown that the fourth-order or eighth-order solutions of the present method provide excellent accuracy. Illustrative examples of three-degree-of-freedom (3-DOF) strongly nonlinear coupled van der Pol oscillators are also presented and discussed. Finally, the optimal HAM approach is used to accelerate the convergence of the solutions.     

基于改进Ritz法的耗能减震高层建筑结构地震响应分析

用改进Ritz法计算耗能减震高层建筑结构的地震响应。改进Ritz法采用基于外荷载空间分布的Ritz向量和基于外荷载频率的Ritz向量。其中,基于外荷载空间分布的Ritz向量用Lanczos法形成。基于外荷载频率的Ritz向量则用外荷载主频的平方进行特征值平移后再用Lanczos法形成。文中还给出上述两种Ritz向量的截断标准。之后用改进Ritz法的Ritz向量对结构动力方程进行线性变换。由于耗能减震高层建筑结构的阻尼是非比例阻尼,广义阻尼矩阵是非对角矩阵,所以文中采用拟力实模态法对线性变换后的耦联动力方程进行求解。最后的算例说明该方法用于耗能减震高层建筑结构的地震响应分析是有效可行的。     

邻接高耸结构的随机最优控制

文基于随机动态规划原理与随机平均法，提出耦合相邻高耸结构的随机最优控制方法。先建立任意层数并在任意层高处控制联接的耦合结构的缩聚模型，再运用随机平均法导出关于模态能量的It6随机微分方程，应用随机动态规划原理建立动态规划方程，由此可确定最优控制律。将结构的响应控制化为模态能量控制，缩减控制系统的维数。用高斯随机过程模拟地震激励，可计及其功率谱特性。数值结果表明该耦合结构控制方法的有效性。     

基于统计能量法的飞行器结构声振响应分析

基于统计能量分析(SEA)原理,对高超声速飞行器X-43A建立SEA模型,采用理论、经验公式及试验数据确定SEA模型的三个参数。将数值模拟计算结果与噪声试验值进行对比,结构声振响应的统计能量分析与试验结果趋势上较为一致,但低频段二者差异较大,高频段较为吻合;结构舱内响应噪声声压的计算值与试验测量值相比,不论在高频还是中低频,二者都较为一致,误差约3 dB,说明统计能量分析法对振动噪声环境预测是比较可靠的。     

地震激励邻接高层建筑的随机最优控制

采用控制设备联接相邻的高层建筑以降低其地震响应是一个切实有效的方法。基于随机动态规划原理与随机平均法,提出耦合相邻高层建筑的随机最优控制方法。先建立任意层数并在任意层高处控制联接的耦合结构的缩聚模型,再运用随机平均法导出关于模态能量的oIt随机微分方程,应用随机动态规划原理建立动态规划方程,由此可确定最优控制律。将结构的响应控制化为模态能量控制,缩减控制系统的维数。用高斯随机过程模拟地震激励,可计及其功率谱特性。数值结果表明该耦合结构随机最优控制方法的有效性。     

Inverse Sub‐Structuring Theory for Coupled Product Transport System Based On the Dummy Masses Method

It is of high importance to predict the components frequency response functions (FRFs) for obtaining the coupled product transport system's response. However, the components behaves much differently when coupled with another components compared with that in free state. Inverse sub‐structuring method has been recently proposed and applied for inverse analysis of the dynamical response of coupled product transport system. The component‐level FRFs and the coupling dynamic stiffness are all predicted from only the system‐level FRFs, facilitating the engineering design for product transport system. However, in most engineering application practices, the system‐level FRFs from coupling degrees of freedom may not be measured accurately because of the difficulties of vibration excitation and/or response measurement for the coupled interface between components within the limited accessible space. The aim of this paper is to develop a new FRF‐based indirect inverse sub‐structuring method for the analysis of the dynamic characteristics of a two‐component coupled product transport system without measuring system‐level FRFs at the coupling degrees of freedom. A so‐called dummy masses method is developed and applied for predicting the unmeasured FRFs at the coupling degrees of freedom, and the inverse sub‐structuring approach based on the dummy mass method is derived for inverse analysis of coupled product transport system, which is further verified by a lumped‐mass model, showing exact agreement. Finally, the experiment on a physical prototype of two‐substructure coupled product transport system is performed to further check the accuracy of the suggested method. The new method shows its great application prospect in coupled product transport system.     

圆柱壳体振动声辐射效率数值计算分析

利用有限元、边界元和统计能量分析方法并结合软件对圆柱壳体在流场中受激振动及声辐射效率作了数值计算分析研究。利用ANSYS软件计算壳体的模态及其在流场中受点激励时的振动响应。然后结合SYSNOISE软件和AUTOSEA软件分别计算壳体在流场中声辐射效率在低频段和高频段时的频率响应。从而建立一套圆柱壳体在流场中振动声辐射效率在全频段的数值计算分析方法。     

裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题,拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法,仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度,考虑时变啮合参数影响,运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型;求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应,并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响;通过台架实验,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响,结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析,并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异,揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明:所建立的动力学模型精度较高,能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性;由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应,导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带,故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。