基于附加质量块的桥梁模态挠度预测方法研究EI北大核心CSCD

以16 m跨径空心板单梁为研究对象,研究基于附加质量块的质量归一化方法和模态柔度法测试预测桥梁模态挠度的准确性和工程可行性。基于环境激励测试16 m单梁在施加质量块前后的模态参数,提出包含相对频率改变平方项的振型质量归一化计算方法,预测单梁在多级竖向静力荷载作用下的模态挠度,将模态挠度与实测静挠度进行比较,研究8种附加质量工况下单梁模态挠度的测试预测精度,分析附加质量占比以及质量块的数量对预测精度的影响,分析传感器数量对模态挠度预测精度的影响。结果表明,在环境激励下,5个传感器与8个传感器模态挠度预测精度基本一致,满足工程精度要求;基于附加质量块预测的模态挠度可代替实测弹性静挠度,进而评估桥梁的实际刚度状态;附加质量块质量占梁体总质量约10%时,模态挠度的预测相对误差小于8%,预测精度较高。在实际工程应用中,可适用于其他跨径桥梁;在附加质量块占比相同的情况下,多个小质量快的模态挠度预测精度优于大质量块;仅利用单梁前两阶竖向模态即可获得较精确的模态挠度。     

时域响应中传感器附加质量影响消除

本文提出了一种时域内的传感器附加质量影响消除方法。利用时域实测自由响应数据,通过特征系统实现算法进行模态参数识别,获得传感器附加质量影响情况下的模态参数。以实测模态参数为基准,采用信赖域和非线性最小二乘算法对考虑传感器附加质量的结构初始有限元模型参数进行识别与修正,并以修正后的有限元模型为基础预测传感器附加质量消除所引起的模态参数改变。基于振型叠加法原理建立时域内传感器附加质量影响消除的识别方程组,并结合有限元预测的模态参数改变反演传感器附加质量影响消除情况下的时域响应。通过对一个实验室两端夹支梁模型实测时域响应中传感器附加质量影响消除进行研究,对所提出的方法进行验证。     

障板上矩形薄板在浅水环境中的振动及声辐射解析分析

通过推导得到浅水环境中矩形板声辐射阻抗矩阵的解析表达,进一步结合振动假设模态方法及辐射表面单元辐射器思想求解浅水环境中矩形板的振动响应,分析水深对矩形板模态附加质量的影响,给出矩形板模态附加质量随水深的变化情况,得到波导模态的激发对附加质量的影响,并通过对辐射抗矩阵的特征分析得到附加质量在板上分布的主要模式;进一步结合声辐射模态辐射效率,分析水深变化对矩形板振动响应峰值及远场声辐射的影响,分析结果表明:水深度变化对振动响应峰值及声辐射功率的影响与第1阶声辐射模态的辐射效率随深度的变化具有一致性。     

模态测试中力传感器附加质量辨识及消除方法研究

针对激振器激励方式在模态测试中因力传感器附加质量影响会使测量频响函数不准确、附加质量大小难以准确获知等问题,提出基于测量的频响函数辨识力传感器附加质量方法,为消除该附加质量影响提供依据。分析附加质量对结构频响函数的修改,并推导用测量频响函数表达附加质量的通用公式;通过数值仿真验证方法的可行性;采用激振器+激光测振仪方案对简支梁进行模态实验,用简支梁两点的驱动点及跨点频响函数(共四组数据)辨识力传感器附加质量大小。该方法辨识精度取决于频响函数测量精度,而实验中因噪声影响常使测量的频响函数在某些频段质量较低。因该方法计算不依赖全频段数据,故实践中可针对性选取四组频响函数中均具有较高质量的公共频段数据参与计算,以提高辨识精度。     

低阻尼板结构模态密度测试方法

导纳实部平均值法是主要的模态密度测试方法，理论上导纳实部是在连续频率上进行平均的，实际测试中通常是在离散频率点上近似平均的，但低阻尼结构各模态半功率点带宽较窄，模态重叠因子不高，若测试分析仪谱线间隔过大，则无法测得完整的导纳曲线，因此这种近似精度也不高。就低阻尼板结构模态密度测量中，用离散频率点导纳平均实部代替连续频域平均和有限测量点的平均值代替连续空间平均的精度分别进行了探讨，着重分析了实验测量精度与导纳分析仪谱线分辨率和测量点数之间的关系，并应用导纳分析仪的频谱细化功能成功测得了一块低阻尼板的模态密度。     

阻尼橡胶材料阻尼性能悬臂梁共振法测试方法

根据标准ASTM E756-05(2010)，对阻尼橡胶材料阻尼性能悬臂梁共振法的测试方法进行了研究，分析接触式响应传感器引入的附加质量及激励传感器和响应传感器的安装位置对测试结果的影响，并得到有意义的结论。试验结果表明：质量为0.6 g的接触式响应传感器引入的附加质量对材料的弹性剪切模量和剪切损耗因子的影响较小，测试结果满足标准ASTM E756-05(2010)对测试精度的规定；选择合适的激励器安装位置有利于提高传递函数曲线幅值；响应传感器的安装位置对传递函数曲线影响较大，测试时应根据所要获得的模态信息选择合适的测点。     

基于跨点导纳法识别工程结构模态参数

提出了基于环境激励下，运用跨点导纳法识别大型工程结构模态参数的一种方法。叙述了跨点导纳法理论的基本定义和原理，跨点导纳法运用结构的输出自功率谱求出结构的主频率，运用结构的输出响应谱比值确定结构的振型，从而识别出环境激励下工程结构的模态参数。并结合传统模态试验原理，对一个平面薄板进行了两种对比试验，试验结果显示跨点导纳法识别结构的模态参数与传统的模态试验是一致的。分析表明跨点导纳法能够准确有效地辩识工程结构的模态参数。     

振动法在纤维增强材料结构探伤中的应用

本文通过建立纤维增强材料的有限元模型及模态测试,以模态比例因子为目标参数,修正有限元模型.采用模态力留数的方法,实现对纤维增强结构的无损探伤.为验证方法的有效性,采用人为添加附加质量的方法,测试附加质量前后的模态振型,通过模态力留数,显示故障点位置及实验数据,能准确识别出添加质量点的位置.     

缓冲材料振动传递特性测试系统数据处理

目的 研究缓冲材料振动传递率曲线的实现方法。方法 讨论了时域和频域分析方法的原理、 算法和具体实现过程; 在频域分析过程中, 采用加窗函数减少能量泄漏, 采用韦尔奇方法改进功率谱估计的方差特性; 采用振动台、 振动控制仪、 A/D转换板、 加速度传感器等硬件, 以正弦扫频方式对由质量块和缓冲材料组成的包装系统进行激励, 通过对采集到的激励信号和响应信号的分析处理, 得出缓冲材料时域和频域分析方法的振动传递率。结果 基于数据分析处理和振动传递特性测试实验的原理, 利用软件LabVIEW编制程序, 实现了缓冲材料振动传递特性测试系统的开发和振动传递率曲线的2种绘制方法, 2种方法得到的曲线比较接近。结论 该测试系统操作简单, 人机界面友好, 为缓冲包装材料的优化防振设计提供了强有力的工具。     

基于多层次修正的纤维增强复合薄壳动刚度预测

采用多层次修正技术对纤维增强复合薄壳的动刚度进行分析与预测。用正弦半波信号来近似模拟脉冲激励信号,并基于Love壳体理论、能量法、哈密顿原理等方法,实现了该类型复合薄壳的动刚度求解。利用多层次修正技术和测试获得的试验数据,对理论模型中复合薄壳的长度、半径、厚度、弹性模量、泊松比及模态阻尼比等参数进行修正,进而获得了较为精准的理论模型。以T300碳纤维/树脂基复合薄壳为例,搭建了振动测试系统,通过力锤施加脉冲信号,并采用激光速度传感器测试了3个响应测点的动刚度,并与相应的预测结果进行了比较。结果表明,动刚度理论预测的误差最大不超过12.2%,处于误差允许的范围内,进而验证了所提出的动刚度预测方法的正确性。     

正弦扫频及随机激励颗粒阻尼器减振效果比较

用多组颗粒阻尼器对航天器上某工程结构进行减振实验研究,并用两种指标（共振峰处传递函数和测点与激振台加速度均方根之比）分别评价了正弦扫频和随机激励作用下颗粒阻尼器减振效果,发现采用正弦扫频、随机激励两种激励条件时,得出的减振效果有明显差异。为此,对差异机理进行了研究、分析。结果表明：颗粒阻尼器作为一种强非线性的被动阻尼器,其减振效果的评价不宜基于某种特定的激励条件和采用单一的评价指标,而应根据具体的使用环境选择合适的激励条件和评价指标。     

周期性隔震基础的优化设计与试验验证

周期性隔震基础是利用周期性结构的衰减域特性,将地震动与上部结构自振频率接近的频率范围内的能量衰减,从而控制上部结构响应的新型隔震装置。周期性基础的隔震性能受到多方面因素的影响,包括局域共振子的调谐频率比、质量比、阻尼比、基体的刚度、上部结构与基础的相互作用以及地震动的频谱特性等。目前尚未有研究综合考虑上述因素的影响并提出周期性基础的设计方法。提出以一组地震动作用下上部结构峰值响应衰减率的平均值为目标函数,对周期性基础进行优化的设计方法。计算结果表明,按照该优化方法得到的周期性基础对上部结构在选取的44条地震动作用下,峰值响应的平均衰减率达30%。参数敏感性分析表明,优化设计得到的周期性基础对于自身参数的变化具有良好的鲁棒性。最后利用缩尺振动台试验验证了优化设计得到的周期性基础的隔震性能,证明了优化方法的有效性和优化结果的正确性。     

多输入多输出正弦扫频试验控制新方法

研究了多输入多输出正弦扫频试验控制中信号发生、频响函数估计和控制算法等关键问题。针对步进式正弦扫频信号发生中因信号不连续而导致振动台或激振器发生冲击或损坏的问题,提出了两个不同频率的正弦信号平滑过渡的窗函数叠加延拓法,在满足扫频时间条件的同时也提高了试验控制精度;以单位正弦扫频信号作为激励,改变不同激励点的相位以产生满秩激励矩阵,运用相关积分法识别响应稳态正弦时域信号的幅值与相位,根据线性振动理论求解结构的频响函数;以多个控制点的幅值为控制对象,推导出扫频控制基本理论公式,通过参考值与反馈信号的比较来修正激励信号以满足试验条件。文末以一悬臂梁为研究对象,建立了两输入两输出正弦试验控制系统,结果表明本文提出的方法在扫频控制中取得良好的效果。     

航空发动机鼓筒连续扫描模态测试方法研究

针对航空发动机鼓筒等薄壁圆柱壳型结构,以薄壁圆柱壳为例,基于LabVIEW测试平台、利用非接触式电磁激振器搭建了模态参数测试实验台,并对实验台校准时的各个自由度偏差进行误差分析,给出灵敏度指数指导实验台校准。基于扫频信号包络线法辨识圆柱壳的固有频率,避免能量泄漏,提高辨识精度;基于共振响应辨识模态振型,利用激光旋转扫描测试,提高模态振型测试效率,并研究不同转速下的测试精度。将测试结果与LMS模态分析软件所测结果进行对比,结果表明,利用文中的测试方法得到的模态参数更为准确,具有一定的工程应用价值。     

Finite Element Evaluation of Acoustic Energy Penetration of Partially Submerged Tube Bundles

In this paper, the finite element software ANSYS is used to model ultrasonic waves propagating through a liquid volume containing partially submerged tubes. An immersible transducer is used to generate the waves. The goal of the investigation is to find an appropriate excitation frequency in order to perform ultrasonic cleaning of the tubes. Modal analysis of the coupled tubes–liquid system is conducted to evaluate the dynamic behavior of the tube structures under ultrasonic wave excitations. The frequency at which the acoustic waves efficiently penetrate the tube array with least energy loss and least deformation to tube structures is obtained, and will be used to probe the capability and the potential of utilizing ultrasonic energy as a non-destructive technique for cleaning tube bundles.     

基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法研究

不锈钢板厚度减薄是造成不锈钢板完整性和适用性退化的主要原因之一。不锈钢板的均匀腐蚀会导致不锈钢板厚度均匀减薄,质量减小。因此,对不锈钢板均匀腐蚀进行有效监测具有十分重要的意义。然而,目前对不锈钢板均匀腐蚀的有效监测充满困难和挑战。提出了一种基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法。通过推导在单个表面粘贴的压电传感器激励下的简支薄不锈钢板的等效机械导纳,提出了将导纳曲线中弯曲振动模态的共振频率的变化(-Δf)作为评价不锈钢板均匀腐蚀损伤的敏感指标,使用-Δf与真实腐蚀程度之间的定量关系量化和预测不锈钢板的均匀腐蚀程度。通过实验证明了所提方法的有效性和可靠性。     

中间隔震层位置变化对混合被动控制体系控制效果影响的试验研究

提出了一种分段隔震结构与相邻结构连接耗能的新型混合被动控制体系。与单一的减隔震体系相比,这种新体系将隔震与阻尼器耗能结合在一起,对不同频域地震动具有较强的鲁棒性。通过振动台试验输入不同频域的地震动,研究了分段隔震结构中间隔震层位置变化对隔震效果的影响。最后将有限元数值模拟与试验结果进行了对比。研究表明：长周期地震波对隔震结构的位移、加速度的影响相较于其他频域地震动更为显著,会使隔震支座超限的可能性增大;中间隔震层位于结构竖向靠中部位置时结构整体动力响应最小;混合被动控制体系可以有效解决高层减隔震结构目前所存在的位移超限、结构整体倾覆等问题,对不同频域地震波激励下的结构响应均有更为优越的控制效果。     

三维结构振动诱导流场附加质量的数值分析

在流体环境中,结构的振动会诱导周边的流体一起运动从而产生附加质量的影响,这也是结构工程中大跨度柔性结构耦合风振理论模型的重要组成部分。根据势流理论,采用奇点配置法利用空间点源(汇)及偶极子基本解推导了三维情形下结构振动诱导流场附加质量的计算式。数值分析结果表明:该方法能有效地计算复杂结构边界条件下流场的附加质量;其中索穹顶结构的数值算例也表明,在这类大跨度柔性结构的风振分析中附加质量的影响是很大的,必须引起足够的重视。     

模态质量参数测试方法研究

模态质量和模态刚度参数可通过结构固有频率相互导出,在结构动力学设计中占据重要的地位.本文对模态质量获取方法进行了研究,重点在于试验测试方法,并应用于实际梁结构,表明基于频率变化率的试验方法得到的结果误差可控制在20％左右,能够满足实际工程的需要.