一种航空发动机整机振动模型支承刚度的辨识方法

提出了一种航空发动机整机振动模型支承刚度识别的方法。首先,建立航空发动机整机动力学模型,将支承刚度和安装节刚度视为待优化的连接刚度,然后通过有限元仿真计算,得到在不同连接刚度下各阶整机固有频率。以支持向量机构造从各支承刚度到各阶固有频率的回归函数。接下来,采用遗传算法进行目标优化,以整机真实固有频率(可通过模态试验获取)为基础,建立遗传算法适应度函数,利用实数编码,最终识别得到整机各处连接刚度。以带机匣的航空发动机转子试验器为算例进行方法验证,根据整机模态试验结果,进行了支承刚度和安装节刚度识别,结果表明了该方法的有效性。     

圆环板支承刚度的识别

给出圆板弹性支承的传递矩阵,并用计算机代数语言编写圆板环形条元及支承元件的传递矩阵,通过试验模态分析,确定圆板轴对称振型及频率,将该频率代入含待识别支承刚度的传递矩阵法中去,就可直接识别其刚度,并通过实验验证了此法的有效性。     

有限长弹性地基梁地基系数的识别

本文通过实测弹性地基梁的固有频率，以传递矩阵法为基础，利用计算机代数语言，导出以支承刚度为未知数的高次方程，从而识别出地其系数，并通过实验验证该方法的正确性。     

轨道梁周期支承缺失下的频响特性

铁路轨道的动刚度或频响特性是支承列车安全平稳运行的重要动力学性能指标,轨道由离散周期性轨枕支承提供刚度与阻尼,但实际轨道不可避免存在周期支承缺失,它将对轨道的频响与动力学性能产生影响,故需要研究轨道在周期支承缺失情况下的频响特性及其影响规律。该文研究周期支承缺失对于轨道梁频响特性的影响,建立非周期离散支承轨道梁的频响函数方程,应用Galerkin法得到轨道梁的频响函数表达式,适用于非周期与周期情形。计算分析典型轨道梁在支承刚度阻尼损失、支承位置周期性偏移等周期支承缺失情况下的频响特性,通过非周期与周期支承等情况的频响比较说明各种周期支承缺失的影响特性,得到支承刚度阻尼损失对于邻近跨中频响第一个共振幅值影响较为显著、支承刚度阻尼周期性损失与支承位置周期性偏移将产生新的频响峰、支承位置随机偏移对于较高频段相位差有较大影响等,不同周期支承缺失模式对于频响的影响规律为进一步通过轨道梁频响的周期支承异常识别提供理论基础。     

薄板结构边界支承刚度的识别

本文用动态测试与边界元法数值计算相结合的方法来识别薄板结构的边界支承的刚度参数。薄板在给定的激励下,根据在薄板有限点上振动响应的测量值,利用结构边界积分方程的解析关系即可较准确地估算出边界支承的参数。在建立边界积分方程中,采用了近似基本解技术。通过算例,验证了方法的可行性和有效性,其识别精度对工程问题来说,是足够满意的。     

采用多自由度转子模型的电磁轴承支承特性测试方法

为描述主动电磁轴承的支承特性,通常是沿袭传统机械轴承支承的刚度阻尼概念,称之为等效刚度和等效阻尼。由于电磁轴承的支承特性与其控制策略有关,因此确定电磁轴承的等效刚度和等效阻尼值相对困难。已有的电磁轴承等效刚度和阻尼测试方法大多是基于单自由度模型的,难以用于实际多自由度电磁轴承-转子系统的刚度阻尼测量,甚至无法实际操作。针对上述问题,首先从理论上分析了采用等效刚度和等效阻尼概念表示电磁轴承支承特性的描述局限性和适用范围,然后提出了一种基于多自由度转子模型的对电磁轴承等效刚度和等效阻尼进行直接测量的方法。实验结果表明该方法能够实时地对电磁轴承-转子系统的等效刚度和阻尼值进行准确识别,其结果可以作为电磁轴承动力学特性研究的依据。     

针对柔性转子系统的电磁轴承支承刚度阻尼参数识别

为了用传统转子动力学的理论和方法分析支承在电磁轴承上的转子系统动力特性,电磁轴承支承的等效刚度和等效阻尼是必须获知的重要参数。已有研究提出的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方法大多都是建立在单自由度模型或刚性转子模型上的。针对支承在电磁轴承上的柔性转子系统,提出了其等效刚度和等效阻尼参数的识别方法。首先,设计了静态力和动态力两种自由度凝聚方法,把柔性转子有限元模型凝聚到所需要的自由度,减少了模型中未知数的数量,并提取凝聚后转子模型中的激励与响应关系;然后建立电磁轴承激励和加配重激励两种情况下的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方程;最后,通过一个电磁轴承-柔性转子系统算例验证了识别方法的有效性。算例分析了由于柔性转子振动相位的变化和增加识别方程主自由度数量对识别精度和效果的影响。     

梁结构振动支承约束反力控制

支承或连接构件对梁结构的动力学性能有至关重要影响,必须保证其在振动过程中不发生破坏或者失效。通过合理设计和布局附加弹性支承可以实现对这些重要连接构件所承受约束反力的控制。应用微分变换法推导含附加支承的梁结构支承约束反力及其对于附加支承位置和刚度的灵敏度表达式,并通过优化设计附加支承位置和刚度实现具有弹性约束端的简支梁结构各支承约束反力的平衡,可提高结构的动力学性能。     

张弦梁结构振动方法索力识别(Ⅰ): 振动特性的参数分析

以构造形式简单且应用广泛的张弦梁结构为研究对象,对大跨度索屋盖结构中索的索力识别方法进行了初步研究.首先通过分析张弦梁结构的受力特点,提出了张弦梁结构下弦边索段的振动分析模型,分析此模型得到边索段的自由振动方程隐式解答,该解答反映了索力与频率、抗弯刚度及边界条件等之间的相关关系.然后通过引入一组能够反映抗弯刚度及支承条件对结构振动特性影响的无量纲参数,并利用非线性数值计算,分析了抗弯刚度及支承条件对拉索结构自振特性的影响规律,得出若干有益结论.在以上工作基础上,提出了索力识别的初步模型,可为该种结构仅利用频率测试索力提供参考.     

多跨弹性支承连续矩形薄板屈曲分析

针对钢箱梁和混凝土薄壁箱梁受压翼缘的稳定问题,基于状态-空间向量法,提出了一种用于弹性支承连续矩形薄板弹性屈曲分析的计算方法。与有限条法结果对比,验证了该方法的可靠性。分析了跨间弹性支承刚度和布置以及荷载参数对屈曲的影响,结果表明:跨间弹性支承对连续矩形薄板屈曲影响明显,屈曲系数随着弹性支承刚度的增大呈非线性增长;等间距、等刚度布置弹性支承有利于板的稳定性,弹性支承的刚度或间距差别越大,对板的稳定性越不利;不同荷载工况下,弹性支承刚度-屈曲系数关系曲线的变化规律基本相同,弹性支承刚度较小时,荷载参数对屈曲系数影响显著,单向受压的屈曲系数可达双向等值受压的两倍。     

太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识

以真实铰链副连接的有机玻璃帆板模型试验模态参数为基础 ,采用特征方程反问题的直接方法辩识铰链副的刚度参数。首先通过模态叠加法由可测自由度上的不完全试验振型拟合估计包括界面位移和转角在内的不可测自由度上的振型。然后以单板子结构的动柔度矩阵特征方程为基础。通过界面振型求解界面内力 ,并由铰链副连接元刚度矩阵建立平衡方程求解铰链副的刚度参数。工程应用实例表明良好的辨识精度和工程使用价值     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的屈曲分析

建立了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨管道的屈曲方程。利用细长梁小挠度理论,建立了含有轴向压力的悬跨段和埋设段管道的弯曲控制方程。基于埋设段管道的刚度和变形特性,建立了符合悬跨段管道实际情况的边界条件。导出了悬跨段管道对称屈曲和反对称屈曲的屈曲载荷方程,通过数值求解给出了不同土壤刚度系数条件下悬跨段管道屈曲载荷。研究表明:悬跨段管道的屈曲载荷系数依赖于土壤刚度系数,简支梁模型只在特定的土壤刚度系数下适用于悬跨管道;在土壤刚度系数很大时,两端固支梁模型才能反映悬跨管道的屈曲特性。建议采用该方法进行埋设悬跨管道的屈曲分析。     

基于增量谐波平衡法的含索铰可折展桁架非线性动力学特性

为了揭示含索铰可折展桁架的非线性动力学行为,建立了考虑铰链间隙、刚度和阻尼及索非线性特性的可折展桁架纯弯曲动力学模型。对非线性动力学方程进行一次泰勒展开和参量的多次谐波描述,实现了非线性动力学方程到代数方程的转化,通过迭代进行非线性动力学系统的响应计算。并利用龙格库塔方法对非线性系统进行数值分析,与增量谐波平衡(IHB)法进行对比,验证了IHB法计算的正确性。以激振频率为变化参数,对悬臂支撑的含索铰桁架结构进行解的稳定性分析,得到铰链间隙、铰链刚度、激振力和索对结构响应稳定性的影响。基于IHB法可快速准确的进行多自由度可折展结构动力学求解,为研究大型折展桁架的动力学行为奠定了基础。     

计及二阶效应的一种变截面梁精确单元刚度阵

推导一种精确的Bernoulli-Euler变截面梁单元,解决了传统变截面梁单元在结构稳定性分析中存在的计算精度较低的问题,以常见的外形沿轴向按线性变化的变截面梁为例,给出梁单元的精确刚度阵。放弃传统有限元通过插值理论构建变形场,并通过虚位移原理获取单元刚度阵的方法,直接从计入二阶效应的单元平衡微分方程中得到变截面梁的载荷位移关系,进而得到有限元格式的变截面梁精确刚度阵。借助于变截面梁单元刚度阵,可导致与精确的微分方程解析法同样的计算精度。通过与几个经典算例和ANSYS计算结果比较表明:该精确刚度阵可直接应用于结构稳定性分析,获得变截面梁结构精确的欧拉临界力。     

裂缝悬臂梁的振动特性及其裂缝参数识别

结构中裂缝的存在使其局部刚度减小、阻尼增大、固有频率降低。本文利用扭曲弹簧模型，对裂缝悬臂梁前三阶固有频率的变化与裂缝位置和深度的关系进行了计算和分析，并且利用特征方程以及前三阶固有频率，通过作图法对裂缝参数进行识别。并以悬臂梁为例证明了这种识别方法精度较高，可以作为进一步研究无损诊断的理论基础。     

Dynamic Response Solution of Multi-Layered Pavement Structure Under FWD Load Appling the Precise Integration Algorithm

The pavement layered structures are composed of surface layer, road base and multi-layered soil foundation. They can be undermined over time by repeated vehicle loads. In this study, a hybrid numerical method which can evaluate the displacement responses of pavement structures under dynamic falling weight deflectometer (FWD) loads. The proposed method consists of two parts: (a) the dynamic stiffness matrices of the points at the surface in the frequency domain which is based on the domain-transformation and dual vector form equation, and (b) interpolates the dynamic stiffness matrices by a continues rational function of frequency. The mixed variables formulation (MVF) can treat multiple degree of freedom systems with considering the coupling term between degree of freedoms. The accuracy of the developed method has been demonstrated by comparison between the proposed method and published results from the other method. Then the proposed method can be applied as a forward calculation technique to emulate the falling weight deflectometer test for multi-layered pavement structures.     

子结构界面连接刚度参数识别的一种直接方法

提出一种通过特征方程反问题识别子结构界面连接刚度参数的直接方法。新方法以动柔度矩阵特征方程为基础，建立通过界面位移求解界面内力的方程，由模态叠加法对可测自由度上不完全的振型拟合估计界面不可测自由度上的位移，适合于部分子结构不具备可测自由度的复杂组合结构。数值仿真算例和工程实例表明本方法具有良好的识别精度和数值稳定性。计算量和对计算机存贮量的要求也较小。     

一种基于冲击振动响应分析的桥梁橡胶支座病害诊断方法

提出了一种利用桥梁在冲击荷载作用下动力响应诊断既有桥梁橡胶支座脱空或者受力不均病害的理论方法。以支座刚度的相对下降量为病害指数,计算桥梁冲击响应及其对病害指数的灵敏度,建立灵敏度方程,采用有限元更新技术和优化算法识别支座刚度。一座铁路简支单箱梁桥和一座公路装配式简支箱梁桥的分析结果表明,利用所提病害诊断方法可以准确识别单个或多个支座的刚度变化量,从而判断桥梁支座是否脱空或受力不均。对于铁路简支单箱梁桥,宜将冲击点和响应点布置在扭转振动较大的梁翼缘上;对于公路装配式简支箱梁桥,宜将冲击点和响应点设置在每片主梁的轴线上。     

改进傅里叶方法在梁结构振动特性分析中的应用

研究了一般边界条件下Euler-Bernoulli梁的振动特性。首先基于改进傅里叶法建立了梁结构的位移函数表达式,其中位移函数被表示为傅里叶余弦级数展开式与辅助多项式函数的叠加,其后基于最小势能原理建立拉格朗日方程,并通过Rayleigh-Ritz法进行求解,得到其固有模态及强迫振动响应。通过讨论旋转方向和横向弹簧刚度取值对计算结果收敛性的影响,验证了本方法的数值稳定性,得到用于模拟经典边界条件的弹簧刚度值。通过将本文计算结果与有限元法对比,验证了本方法的有效性。在此基础上对一般边界条件下梁结构受迫振动的响应特性进行了研究,讨论了弹簧刚度值等参数对梁结构振动特性的影响规律。     

Classes of exact solutions for buckling of multi-step non-uniform columns with an arbitrary number of cracks subjected to concentrated and distributed axial loads

The governing differential equation for buckling of a multi-step non-uniform column subjected to combined concentrated and distributed axial loads, each step of which has an arbitrary number of cracks with or without spring supports, is expressed in the form of bending moment. A model of massless rotational spring is adopted to describe the local flexibility induced by cracks in the column. In this paper, the distribution of flexural stiffness of a non-uniform column is arbitrary, and the distribution of axial forces acting on the column is expressed as a functional relation with the distribution of flexural stiffness and vice versa. The governing equation for buckling of a one-step non-uniform column is reduced to a differential equation of the second-order without the first-order derivative by means of functional transformation. Then, this kind of differential equation is reduced to Bessel equations and other solvable equations for six important cases. The exact buckling solutions of one-step non-uniform columns are thus found. Then a new approach that combines the exact buckling solution of a one-step column and the transfer matrix method is presented to establish the eigenvalue equation for buckling of a multi-step non-uniform column with spring supports. The main advantage of the proposed method is that the eigenvalue equation for buckling of a non-uniform column with an arbitrary number of cracks, any kind of two end supports and various spring supports at intermediate points can be conveniently determined from a second order determinant. Due to the decrease in the determinant’s order as compared with previously developed procedures the computational time required by the present method can be reduced significantly. A numerical example is given to examine the accuracy of the proposed method and to investigate the effect of cracks on buckling of a multi-step non-uniform column.