基于概率的桁架结构随机振动响应分析研究

研究了具有随机物理参数和几何参数的桁架结构在随机振动激励下的动力响应问题.从结构在随机振动激励下其振动响应在频率域上的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了桁架结构的位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式.通过算例分析了结构物理参数和几何参数的随机性对桁架结构在随机振动激励下动力响应随机性的影响,得出了若干有用的结论,为随机桁架结构的动力设计奠定了基础.     

基于蜂窝加肋板结构参数匹配抑制光学卫星随机响应

以结构参数的最优匹配为设计目标,提出了一种改善光学卫星振动环境的新思路。针对某光学卫星振动试验中出现的蜂窝顶板随机振动响应过大的问题,研究了加强肋在降低简支蜂窝板随机振动响应中的作用。分析了该光学卫星蜂窝板结构的特点,探讨了它的随机载荷以及在其激励下蜂窝板式结构的动力学响应。结合卫星自身结构上的需要,提出了一种通过添加特定截面H型加强肋的方法来降低蜂窝板的响应。利用有限元法对外形尺寸为1 000mm×1 000mm×30mm的蜂窝板模型进行随机振动分析验证,结果显示:H型加强肋能显著降低蜂窝板的振动响应,有明显减振效果。最后,根据整星振动试验结果对卫星力学模型进行了修正,并利用该方法对修正后的模型进行动力学分析和优化,分析结果表明顶板响应降幅达到了40%,为系统可接受范围,证明了提出的方法很好地抑制了结构的随机振动响应。     

《机械工程学报》英文版2006年第19卷第1期目次、摘要预告

应用随机因子法的随机结构地震随机振动分析高伟 KESSISSOGLOU Nicole J． (新南威尔士大学机械与制造工程学院悉尼 2052 澳大利亚) 摘要:利用随机因子法研究了物理参数和几何参数为随机变量时随机结构的非平稳地震随机振动分析问题。基于随机因子法,不确定性结构参数可表示为其均值与随机因子乘积的形式,进而随机结构的固有频率和模态可分别表示为它们的均值与结构参数的随机因子的乘积。利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了随机结构在非平稳随机地震激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。以工程中实际使用的天线和桥梁为例说明了随机因子法在随机桁架结构地震随机振动分析中的应用。     

机械抖动激光陀螺的随机振动响应分析

对机抖激光陀螺进行了随机振动响应分析,以考察其承受动力学环境的能力。介绍了基础激励下结构随机振动响应的分析方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的有限元模型并进行了模态分析,与试验结果对比表明,计算误差＜7%,验证了模型的合理性和精确性。对机抖激光陀螺的轴向和横向随机振动激励进行了有限元计算,对轴向激励下随机振动的试验结果和有限元分析结果进行了对比,通过分析对结构加速度响应的功率谱密度等统计量,研究了随机振动试验中机抖激光陀螺结构的随机响应,指出了现有结构设计的薄弱环节,提出了改进意见,为机抖激光陀螺的研发和设计提供了参考依据。     

五自由度随机参数结构车辆的振动响应分析

为了研究路面不平度产生的随机激励对随机结构参数非线性车辆系统的振动响应的影响,建立了随机结构参数的五自由度非线性车辆模型,将模型参数均认为是随机变量,在模型轮胎和车身之间存在非线性弹簧的前提下,来研究模型在随机激励下的随机振动响应。将路面的不平整度引起的对车辆的激励看作是白噪声过程来建立力学模型。先以能量差法等效线性化处理非线性车辆系统,然后求解李雅普诺夫方程来获得平稳随机振动响应协方差矩阵,通过多次迭代得到稳定的等效线性车辆系统参数。算例计算结果表明,方法可以高效和高精度的求解非线性系统在随机过程激励下的响应。     

参数不确定性车辆的复合随机振动分析

提出了虚拟激励-快速摄动法来研究路面随机激励和不确定车辆系统的复合随机振动问题。采用虚拟激励法将随机激励转化为简谐激励,推导了车辆振动响应功率谱密度的表达式,然后基于快速摄动法计算垂向加速度均方根值的变异系数,由响应的变异反映复合随机对车辆结构振动响应的影响。对参数不确定1/4车辆模型的仿真分析表明:当悬架结构参数和轮胎刚度变异系数为0.1时,垂向加速度均方根值的变异达到18.81%,与蒙特卡洛法相比,本文方法计算速度显著提高,且误差在5%内。     

星载环境监测仪转动件随机振动分析

光谱定标转动件是星载环境监测仪的关键部件,卫星发射过程中的随机振动是导致其结构失效的重要因素.为有效预示环境监测仪中该转动件在力学环境条件下的响应,采用有限元分析软件ANSYS Workbench对其固有模态和随机振动响应特性进行分析,获得了1σ位移、加速度和等效应力的响应统计值与随机响应谱.分析结果表明,转动件结构在随机振动环境的刚度和强度满足安全性要求,为结构设计和进一步优化提供了参考依据.     

用静强度理论考查结构随机振动响应的工程分析方法

在结构的初期设计阶段,为了预测结构在随机振动激励下的响应,提出用结构在随机振动过程中的最大响应加速度作为准静态载荷计算结构应力响应的工程分析方法。给出Miles公式法、全频段PSD(power spectral density)法和半功率带宽法三种估算结构随机振动激励下最大响应加速度的方法,并用这三种方法对某相机主镜组件进行随机振动条件下的应力仿真计算。对比计算结果与试验数据,表明用Miles公式法和全频段PSD法仿真计算的误差较小,分别在13%和15%以内。说明用静强度理论考查结构随机振动响应的工程分析方法具有一定的应用价值。     

对地观测微小卫星主承力结构的优化设计与试验

为降低对地观测小卫星单机安装点加速度响应均方根值,提出了一种使加速度响应均方根值最小化的微小卫星主承力结构拓扑优化方法。首先对整星方案进行了有限元分析,分析显示整星Z向某些单机安装点的随机振动加速度响应均方根值过大。对系统进行了灵敏度分析,确定了卫星主承力结构底板是影响随机振动加速度响应均方根值大小的关键因素。以卫星单机安装点的加速度响应均方根值为目标函数,以体积作为优化的约束条件,应用连续体结构拓扑优化思想对卫星有限元模型进行拓扑优化设计,得到了一种单机安装点加速度响应均方根值满足指标要求的卫星主承力结构。最后,通过有限元分析与振动试验,证明了本文所设计的小卫星主承力结构力学性能参数均满足设计要求,其中整星的星敏感器、蓄电池、电源控制器等关键器件安装点的加速度响应均方根值相比优化前分别降低了23.3%、10.6%、11.3%,得到的结果验证了本文优化方法的有效性。     

ANSYS在梁-板壳结构随机振动分析中的应用

基于ANSYS建立了梁-板壳结构有限元力学模型。对梁-板壳结构模型在地震位移激励作用下的随机振动响应特性进行分析,并对后处理结果进行简要分析。最后利用ANSYS随机振动结果进行随机疲劳计算并对工程实际中钢架结构的随机振算。主要振动响应特性分析结果以及随机疲劳的计算分析对钢架结构的设计具有一定的指导和参考价值,可以使工程设计人员在设计钢架结构阶段考虑得更加深入,使钢架结构得以优化,以期提高钢架结构的抗振性能和使用寿命。     

某星载电子设备有限元分析及设计改进

文中利用ANSYS建立了某星载电子设备的有限元分析模型,对其进行模态分析,并在此基础上进行了随机振动响应分析,结果表明设备的刚强度满足系统要求.获得了某型器件安装处的加速度响应情况,结合有限元分析结果对结构进行局部设计改进,改进后最大加速度响应值降低了19.4％,并顺利通过了振动试验考核.研究表明,在设计初期采用有限元方法对设备结构性能进行仿真分析可以缩短研制周期,降低后续试验风险.     

金属橡胶减振器在同轴两反空间相机中的应用

为了减少振动对同轴两反空间相机的影响,研究了金属橡胶减振结构及同轴两反空间相机的随机振动响应.分析金属橡胶结构的力学模型,研制出串联金属橡胶减振结构,建立空间相机的有限元模型并进行模态分析和随机振动响应分析;最后,通过正弦扫频试验和随机振动试验验证有限元分析的准确性.试验结果表明,装配有金属橡胶减振器的同轴两反空间相机...     

SEISMIC RANDOM VIBRATION ANALYSIS OF STOCHASTIC STRUCTURES USING RANDOM FACTOR METHOD

Seismic random vibration analysis of stochastic truss structures is presented. A new method called random factor method is used for dynamic analysis of structures with uncertain parameters, due to variability in their material properties and geometry. Using the random factor method, the natural frequencies and modeshapes of a stochastic structure can be respectively described by the product of two parts, corresponding to the random factors of the structural parameters with uncertainty, and deterministic values of the natural frequencies and modeshapes obtained by conventional finite element analysis. The stochastic truss structure is subjected to stationary or non-stationary random earthquake excitation. Computational expressions for the mean and standard deviation of the mean square displacement and mean square stress are developed by means of the random variable's functional moment method and the algebra synthesis method. An antenna and a truss bridge are used as practical engineering examples to illustrate the application of the random factor method in the seismic response analysis of random structures under stationary or non-stationary random earthquake excitation.     

附加阻尼对巨—子型有控结构的振动控制特性分析

建立随机脉动风载下巨-子型有控结构(meg-sub-controlled structure, MSCS)的动力方程;基于复模态理论, 推导MSCS在随机风载激励下的协方差函数、位移及加速度响应功率谱和均方响应表达式;讨论附加阻尼对MSCS振动控制特性的影响.计算结果表明,巨-子型有控结构的振动控制效果对附加阻尼非常敏感,随附加阻尼取值的变化形成三个不同的控制机理区域;选取合适的附加阻尼, 可以改善结构的控制效果,给出合理的参数选取范围.其控制特性分析可为该新型结构的振动控制、抗风分析和结构设计提供依据.     

某星载电子设备的动态响应分析

随机振动分析是星载电子设备动力响应分析的重要组成部分.通过对电子设备的实体模型简化处理,建立分析模型,利用有限元分析的方法获得随机振动载荷作用下设备各部位的加速度均方根值等系列响应值,为电路板器件布局优化,整机强度、刚度优化提供参考.进行了随机振动试验,实测典型位置的加速度均方根值,对有限元分析模型参数选择的合理性以及分析结果的准确性进行验证.     

星载电子设备宽频随机振动响应分析

首先讨论了星载电子设备有限元建模技术,包括机箱、电路板、元器件模型以及单元细化准则;然后进行模态分析,通过有效模态质量来确定提取模态数;最后进行随机振动响应分析,得到了整机的加速度均方根值分布云图和电路板上某点的加速度功率谱密度,与试验结果基本一致。     

环形可展天线星线耦合动力学分析

环形天线和星体平台所形成的系统是刚-柔混合多体系统,针对建立该系统耦合振动方程所存在的困难,基于有限元理论建立有限元分析模型。以口径为12.5 m环形可展开天线为例,对星线系统进行了固有特性分析和各种激励下的动力学响应分析,获得两者之间的耦合响应规律,为天线的结构优化设计和卫星姿态控制系统的稳定性设计与控制模式转换设计提供理论依据。