三维实体转子系统热-结构耦合响应分析

以某型航空发动机高压转子系统为研究对象,基于不均匀分布稳态温度场,建立了某高压转子系统三维实体单元有限元模型以及稳态温度场下转子系统热-结构耦合振动方程,利用热-结构-动力学耦合理论,采用间接耦合法,通过稳态温度场分析和静力分析生成热应力,然后进行预应力模态分析,最后利用模态叠加法进行不平衡量和热弯曲耦合响应分析,实现热-结构-动力学耦合计算.通过稳态温度场对典型级盘稳态响应影响的分析以及不平衡量与热弯曲耦合稳态响应分析,发现耦合响应对转子系统各级盘的振动响应有较大影响.     

弹性支撑下风电机组传动系统结构动力分析

考虑水平轴风力发电机组齿轮箱弹性支撑的柔性连接特性,基于集中质量思想和拉格朗日方法,建立风力发电机传动系统多体动力学模型,研究了齿轮箱弹性支撑对传动系统结构动力学特性的影响.利用动力学模型和模态分析方法,得到了由弹性支撑耦合到系统后的模态频率,并获取了在该模态激励下的模态动能分布.采用变参数方法进行传动系统模态对齿轮箱弹性支撑刚度变化的敏感性分析,利用模态叠加法进行齿轮箱体的动响应分析.数值求解结果和分析表明,考虑齿轮箱弹性支撑的传动系统某阶固有频率即为弹性支撑下齿轮箱体振动主模态;弹性支撑线刚度对传动系统低频率固有模态存在一定影响;齿轮箱体振动分析时应考虑1阶和2阶的低频模态较为合理.本研究工作对传动链系统方案可靠性设计和抑制传动链振动的加阻控制提供了一定理论基础.     

Z型折叠机翼的非线性动力学与模态分析研究

针对Z型折叠机翼这种复杂多体结构,运用多种不同的方法得到了结构的前4阶振动模态.将Z型折叠机翼假设为由三块碳纤维复合材料板组成,两板之间均以刚性铰链相连接.其中内翼左侧是固定端,并与机身相连接;中间翼以对边简支形式连接在内外翼之间;外翼的外端是自由端.在第一个铰链上施加驱动力矩M1为机翼提供折叠角速度,使中间翼进行转动;同时施加力矩M2于第二个铰链处,使外翼与内翼始终保持平行.本文首先利用Hamilton原理与von Karman大变形理论建立Z型折叠机翼的动力学模型,然后通过ANSYS软件设置合理的边界条件进行模态分析与谐响应分析,其次根据ANSYS模拟的Z型折叠机翼的振动形式,假设合适的模态函数,通过结构边界条件和系统动力学方程求出来的边界条件,求出三个板的横向振动模态函数,最后通过Maple验证得出的模态函数与ANSYS模拟的振动形式相符合.该研究不仅是Z型机翼的受迫振动响应分析的前提,而且对于Z型机翼的设计与实验也具有参考价值.     

用于分析复杂结构风振响应的软件平台

针对目前风振响应分析方法存在比较繁琐、不易被工程设计人员使用的问题,开发用于分析复杂结构风振响应的专用软件. 采用ANSYS的APDL对结构有限元模型进行快速操作,提取刚度矩阵、质量矩阵、模态矩阵等;应用Matlab编制CQC法和SRSS法风振响应分析主程序,并将其封装在COM组件中,以脱离Matlab环境;在MFC框架下完成程序界面设计和数据连接,利用DLL技术确保数据安全性并有效节约计算机内存资源,在C+ +环境中将COM组件导入并进行计算;最后将获取的位移结果写入ANSYS数据文件,以在ANSYS后处理中查看位移和应力可视化结果. 运用该软件对某环状悬挑屋盖结构进行计算,验证其求解复杂结构风振响应的实用性.     

毗邻建筑非平稳随机地震响应LQG控制问题的闭合解

研究了毗邻建筑在非平稳随机地震激励下的LQG控制问题,首先建立了主动液压传动装置连接的毗邻建筑在地震激励下的动力方程,然后采用复模态分析得到系统的动力特性,包括模态频率和模态阻尼比;通过引入成形滤波器来描述地震功率谱密度函数,最终利用虚拟激励法和留数定理推导出LQC;控制问题的闭合解,算例结果表明：只要适当选择LQG控制器参数,LQG控制可有效地减小两栋建筑的地震响应,并且其响应达到稳态的速度比无控时要快得多。     

水冷主机集装箱结构振动力学仿真

以阀冷系统水冷主机安装的集装箱结构为研究对象,建立相应的有限元模型,进行整体结构模态分析,评估系统的固有频率(刚度)及在振动时抵抗外界变形能力.同时,水冷主机在工作过程中,离心式水泵会对集装箱结构产生正弦激励载荷作用.上述载荷简化为有限元分析中的谐响应载荷,基于此来研究整个集装箱结构在谐响应载荷下的变形情况,以给出水冷...     

基础简谐激励下的结构动响应拓扑优化

针对关于结构动响应拓扑优化问题的研究较少、有限元分析软件的拓扑优化模块无法实现的问题,采用变密度法研究连续体结构在基础简谐激励下的动响应拓扑优化.将基础简谐激励下的响应控制问题归结为结构在体积约束下目标点响应幅值最小化的优化模型;推导有阻尼结构在基础简谐激励下目标点响应幅值的灵敏度公式;采用变密度法求解该优化问题.采用多项式惩罚模型解决带惩罚的各向同性固体微结构（Solid Isotropic Microstructure with Penalization,SIMP）模型带来的附属效应现象;采用灰度过滤方法改善经典变密度法在优化过程中灰度单元收敛过慢的问题,从而减少变密度法优化的迭代步数并且使优化结果更清晰.以平面悬臂板模型为例,验证该优化方法对目标点响应幅值的优化以及灰度过滤函数对优化迭代的改善.     

电磁轨道发射过程中导轨的振动特性研究

针对电磁轨道发射过程中存在的导轨的振动响应问题,将电磁轨道装置简化为固定在弹性支撑上的伯努利-欧拉梁,并将导轨受到的移动载荷简化为均布载荷与集中力的组合形式,建立导轨的通用动力学方程,运用模态叠加法求解得到了振动响应解析解.借助参数化分析语言APDL,仿真不同速度的移动载荷作用下导轨的振动响应,与理论求解进行对比分析,验证了理论计算方法的可行性,并分析了系统的物理特性、结构参数等对临界速度及导轨挠度的影响.研究结果表明,临界速度时导轨的挠度变形最大.研究工作可为电磁轨道装置的结构设计提供参考.     

一般阻尼动力系统非奇异摄动法

借助矩阵摄动理论,将模态叠加法运用于一般阻尼矩阵的动力学方程求解结构的动响应是一种较为理想的方法.但当系统的外荷载激振频率接近于系统的固有频率时,直接将阻尼矩阵作为摄动矩阵,会使解产生奇异,并导致求解失败或误差过大,这是因为模态坐标下的动力学方程是无阻尼方程.为了解决这一问题,本文考虑在模态坐标的动力学方程中保留一定的阻尼.即将阻尼做分解,代入振动方程,得到不同阶次摄动方程,再将摄动方程变换到模态坐标,即采用非奇异摄动方法.最后通过数值算例,得到一阶、二阶摄动,将其与精确解进行比较.精度明显得到改善,基本趋于精确解.从而验证了本方法的精确性和有效性.     

高速列车车体结构振动特性分析

为验证某高速列车车下吊挂系统模态与车体模态的匹配关系,以及不同轮轨载荷下振动热点区域的幅频响应特性,用HyperMesh建立车体有限元模型,利用Radioss对模型进行模态、频率响应和谐响应分析,得到整车模态参数和车体各测点的响应变化曲线.结果表明,吊挂设备采用弹性悬挂可大幅增加整备状态下垂向弯曲频率;该车空调平顶处局部刚度大幅下降,吊挂设备的垂向激励频率应该避开24 Hz及其倍频;吊挂设备不宜直接吊挂在地板上.     

旧混凝土路面共振破碎力学机理

采用有限元法建立旧混凝土路面的动力学模型,运用ANSYS进行模态分析和谐响应求解.基于混凝土破坏的莫尔-库仑准则判定使路面产生共振破坏的激振力的临界力幅.结果表明:考虑基层影响所得到的模型基频比单纯面层小;路面缺陷会使频率减小;在给定参数下,随着激振力的增大,在路面板中心处产生剪切破坏.     

On topology optimization of damping layer in shell structures under harmonic excitations

This paper investigates the optimal distribution of damping material in vibrating structures subject to harmonic excitations by using topology optimization method. Therein, the design objective is to minimize the structural vibration level at specified positions by distributing a given amount of damping material. An artificial damping material model that has a similar form as in the SIMP approach is suggested and the relative densities of the damping material are taken as design variables. The vibration equation of the structure has a non-proportional damping matrix. A system reduction procedure is first performed by using the eigenmodes of the undamped system. The complex mode superposition method in the state space, which can deal with the non-proportional damping, is then employed to calculate the steady-state response of the vibrating structure. In this context, an adjoint variable scheme for the response sensitivity analysis is developed. Numerical examples are presented for illustrating validity and efficiency of this approach. Impacts of the excitation frequency as well as the damping coefficients on topology optimization results are also discussed.     

随机振动和谐波载荷下基于相对位移分析的结构间隙变化评估

为正确评估紧凑结构在外载荷作用下的安全性,推导随机振动和谐波载荷下相对位移的理论计算方法,考虑响应点之间相关性,并以某工程结构有限元分析为例,对随机振动和谐波载荷下结构中的间隙变化进行评估。将谐波载荷与随机振动载荷进行等效转换,数值模拟结果表明2种方法的计算结果完全吻合,相互验证分析方法的有效性和正确性。     

基于ANSYS的埋入混凝土中压电陶瓷谐振频率分析

基于ANSYS研究压电陶瓷(PZT-5H)的振动模态,结合谐响应算法得出压电陶瓷3个不同区域的应变-频率曲线,并将压电陶瓷和混凝土单元耦合,实现了压电埋入式混凝土机敏模块的电-声系统声压云图仿真,得到了不同激励频率下的最大声压和声场分布。结果表明压电陶瓷在20 kHz~100 kHz频段内有4个振幅极大值频率点,随着谐振频率的增加,振幅逐渐增加,而振动分布呈先集中后分散的变化趋势;通过谐响应分析发现压电陶瓷声辐射面不同区域最大应变频率均在80kHz附近;由电-声系统的声场分析发现压电陶瓷的激励频率为79.666 kHz时声压最大、声场分布最优、声指向性集中。     

铁路车轮导纳分析

为控制铁路车轮的振动和噪声辐射,采用模态叠加法分析车轮频率响应,利用ANSYS建立车轮结构有限元模型,根据0～10 000 Hz的模态计算0～5 000 Hz内的频率响应,用Block Lanzos法计算50～5 000 Hz内车轮的固有频率和振型,分析车轮的固有模态和导纳特性.研究结果表明：车轮在名义接触点处受到不同方向激励时所得的导纳特性与车轮相应的模态有关;对于车轮不同接触点处的激励,在1 000 Hz以下频段,轮缘轴向激励引起的径向导纳大于踏面径向激励引起的径向导纳,在其他频段,踏面径向激励引起的径向导纳都比轮缘激励引起的径向导纳大.铁路车轮导纳分析有助于探明车轮噪声产生的机理,是轮轨噪声分析的基础.     

A method for topology optimization of structures under harmonic excitations

This paper deals with topology optimization of large-scale structures with proportional damping subjected to harmonic excitations. A combined method (CM) of modal superposition with model order reduction (MOR) for harmonic response analysis is introduced. In the method, only the modes corresponding to a frequency range which is a little bigger than that of interest are used for modal superposition, the contribution of unknown higher modes is complemented by a MOR technique. Objective functions are the integral of dynamic compliance of a structure, and that of displacement amplitude of a certain user-defined degree of freedom in the structure, over a range of interested frequencies. The adjoint variable method is applied to analyze sensitivities of objective functions and the accuracy of the sensitivity analyses can also be ensured by CM. Topology optimization procedure is illustrated by three examples. It is shown that the topology optimization based on CM not only remarkably reduce CPU time, but also ensure accuracy of results.     

压气机叶片流固耦合共振判断和谐响应分析

针对气流扰动引起的压气机叶片振动问题,以整体式轴流压气机叶片为研究对象,借助ANSYS Workbench软件的BladeGen模块对叶片及其流场进行三维建模,然后进行流固耦合分析。求解叶片的压力、应变和前6阶模态振型,绘制坎贝尔图并对叶片进行谐响应分析,结果发现该叶片不会发生共振破坏,但是叶尖尾缘变形和振动较明显,而叶片前缘变形和振动很小。在气体流量不变的情况下,对叶片前缘和尾缘采用变半径设计,可有效提高固有频率、削弱振动。     

基于双CPU的嵌入式谐波检测装置

针对日益严重的电力系统谐波污染问题,文章介绍了一种新型的嵌入式谐波检测装置的设计。该装置采用主从结构,以单片机为主CPU控制整个装置的运行,以DSP为从CPU进行数据处理,并采用一种新型的谐波检测算法——卡尔曼算法,以最小均方误差为准则,根据前一个观测数据和最近的一个观测数据,利用状态方程和递推方法估计当前过程状态,可实时、可靠地检测电网中的谐波,具有运算速度快、精度高、结构简单、造价相对低廉、操作简便、显示功能强等特点。仿真结果证明了该装置的有效性和可靠性。