梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究

该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题,建立动态子结构模型,推导了相应的动力学控制方程,并采用Newmark隐式积分法进行求解,将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形,通过对撞击激发的弹塑性波传播,包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算,研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征,弯曲波的弥散特征,以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明,动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。     

基于车体动态特性的发动机安装位置优化

建立某款全地形车车架挂发动机有限元模型,计算并进行模态分析。通过与实验模态分析结果对比,验证有限元模型的可靠性。在此基础上,分析路面激励及发动机激励与车体动态特性的匹配关系。为改善该款全地形车车体的动态特性,应用形状优化方法,以发动机在车架的前后、左右、上下安装位置及俯仰角度为变量,以提高车体一阶模态频率为目标,进行优化。根据优化结果,调整发动机的安装位置与俯仰角度,使车体的一阶模态频率提高5 Hz。     

基于重复子结构的缝合式夹芯板动态特性计算

根据复合材料具有可重复单胞的特征,提出一种基于重复子结构的缝合式夹芯板动力学建模方法。利用复合材料精细化单胞有限元模型构造初始子结构和残余结构,通过空间位置关系映射得到重复子结构,将所有子结构组装到残余结构上,实现复合材料重复子结构动力学建模及分析。以缝合式夹芯板为例,对其进行重复子结构建模及动态特性分析,并与精细化实体有限元模型进行对比,验证方法的计算精度和效率。研究了初始子结构外部节点选取、残余结构位置选取、初始子结构尺寸选取对重复子结构建模及分析结果的影响。结果表明:针对具有重复性单胞的缝合式夹芯板结构,利用重复子结构进行动力学建模,残余结构的选取具有不唯一性,且初始子结构外部节点数量越多,重复映射过程越少,计算精度和计算效率越高;当初始子结构外部节点选取比例为50%时,相比较复合材料结构的精细化建模方法,可以提高结构动态分析效率。      

地铁车体强度及模态分析

以地铁车体为研究对象,应用Hypermesh软件建立了车体有限元模型,依据标准规定利用ANSYS软件进行了静强度有限元计算和模态分析。结果表明,该车体结构能够满足强度、刚度及模态的相关标准,为其进一步优化改进提供了参考依据。     

基于动态子结构法探讨地铁列车运行引起建筑物的振动

运用动态子结构固定界面模态综合法,结合Ansys有限元分析软件建立隧道-土层-建筑物系统动力学分析模型,通过与有限元整体建模分析法进行比较,验证了动态子结构法的准确性,对比分析系统的振动特性,分析隧道埋深、桩基深度对建筑物振动的影响。分析结果表明:隧道上方的建筑物桩基不利于建筑物减振,增加隧道埋深、增加隧道与建筑物桩尖的距离,可以有效降低建筑物振动。固定界面模态综合法具有较高的精度,计算效率高,在地铁列车引起建筑物振动分析中具有较好的适用性。     

基于动态子结构方法探讨分析地铁运行引起建筑物的振动

运用动态子结构固定界面模态综合法，结合Ansys有限元分析软件建立隧道-土层-建筑物系统动力学分析模型，通过与有限元整体建模分析法进行比较，验证了动态子结构法的准确性，对比分析系统的振动特性，分析隧道埋深、桩基深度对建筑物振动的影响。分析结果表明：隧道上方的建筑物桩基不利于建筑物减振，增加隧道埋深、增加隧道与建筑物桩尖的距离，可以有效降低建筑物振动。固定界面模态综合法具有较高的精度，计算效率高，在地铁列车引起建筑物振动分析中具有较好的适用性。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

非协调动态子结构综合法

本文给出了一种新的动态子结构综合法,即非协调子结构综合法。该方法在计算过程中省去了一般的子结构综合法中子结构间的边界协调过程,从而使计算过程实现了简化。本文还将通过实例计算,证明该方法是有效的。     

基于有限元模型修正的土木结构损伤识别方法

基于有限元模型修正的结构损伤识别方法计算过程直观、物理意义明确,能同步识别结构损伤位置和损伤程度,是结构损伤评估最直接的依据。该文介绍了基于有限元模型修正的损伤识别方法基本原理与过程,总结近三十年来有限元模型修正技术的发展。土木工程结构模型复杂性(包含大量单元、节点、待修正参数等)导致有限元模型修正过程效率低,详细介绍了基于子结构有限元模型修正的土木工程损伤识别方法在提高计算效率方面的优势。将两种有限元模型修正方法应用于一栋超高层建筑数值模型的损伤识别,说明两类方法在土木结构损伤识别中的特点。土木工程尺度大而结构损伤通常发生在局部区域,子结构方法将整体结构的分析转换为对若干独立子结构的分析,通过少数局部子结构的模型修正实现损伤识别,避免重复分析大尺寸整体结构,为大型结构基于有限元模型修正的损伤识别开辟高精度和高效率的途径。     

基于对称有限元模型的车辆乘坐室声振耦合分析的子结构方法

建立了车辆乘坐室声振耦合分析的对称有限元模型。在此基础上,提出了一种可用于综合内饰等乘坐室附属结构对乘坐室声振特性影响的动态子结构方法。该方法将内饰或附属结构等效为乘坐室壁结构与内部声空间中的一对相应的子结构/子空间,并将其影响引入到到声振耦合分析的对称有限元模型中,从而使有限元分析的精度大为提高。最后,以一国产轿车为对象给出了算例,验证了所提方法的正确性。     

地震作用下水-轴对称柱体相互作用的子结构分析方法

针对水-轴对称柱体动力相互作用问题,提出了一种地震作用下水-结构相互作用的时域子结构分析方法.基于三维不可压缩水体的波动方程和边界条件,利用分离变量法将其转换为环向解析、竖向和径向数值的二维模型;基于比例边界有限元推导了截断边界处无限域水体的动力刚度方程,并将水体内域有限元方程和人工边界处的动水压力进行耦合,从而得到结...     

复杂机械结构动力学参数优化设计

目的提高大型复杂结构动力学参数修改的准确性和效率。方法以某大功率发动机的缸盖为对象,首先以实测的固有频率为基准,通过比较有限元计算的固有频率和实测频率,找出误差较大的频率项,接着通过灵敏度分析法找出对该频率较敏感的参数,最后用设计参数修改方法对该参数进行优化设计和修正。结果经过动力学修改后的缸盖的固有频率计算值更接近于试验值,能够满足工程使用要求。结论结合设计参数法和灵敏度分析法修改后的有限元模型能够比较准确地反映结构的动态特性,可提高结构动力学修改的效率。     

地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究

采用一种动力有限元数值模型,并结合道路交通现场振动测试,对北京地铁8号线列车运行对邻近地铁线路的某科研楼内精密仪器的振动影响进行了预测研究,并比较了普通无砟轨道和浮置板轨道两种工况下楼内外的振动响应。提出了该有限元模型的网格划分、边界条件、阻尼施加等建模原则,采用实测的钢轨振动加速度计算而来的动态轮轨力作为该模型上的激励力。结果表明：采用该动力有限元模型可以有效地预测地铁列车运行引起的振动;浮置板轨道是一种有效的减振措施,在其工作频段内有显著的减振效果,但对低频振动没有减振效果,而且在其自振频率处还有一定的放大作用;地铁8号线开通后,地铁列车振动再叠加上道路交通引起的振动会对科研楼内部分精密仪器的正常工作造成一定的影响,仪器基座处可采取相应的隔振措施来减小这部分振动。     

输电塔动力特性计算与模态试验研究

输电塔是国家电网的重要组成部分,具有结构高、跨度大、柔性强等特点,对风荷载反应灵敏。建立能反映输电塔动态特性的模型对风致振动控制至关重要。为研究输电塔理论模型的准确程度,分别建立3种输电塔实验模型,包括多质点模型、梁单元有限元模型和梁-杆混合单元有限元模型,并对其进行模态分析;同时采用锤击法,以单点激励多点响应(SIMO)的测试方法对输电塔实验模型进行模态测试。将各方案与测试结果进行比较分析,结果表明:梁-杆混合模型的求解精度高于另外两种计算模型的精度,能较好模拟输电塔的动力特性,是最优的输电塔模拟方案。     

Application of the Inverse Substructure Method in the Investigation of Dynamic Characteristics of Product Transport System

Product, packaging and vehicle constitute a complex product transport system in logistics. It is very difficult to obtain accurately the dynamic response of a product transport system under the action of environmental vibration and shock. In this paper, product transport system is treated as a two substructure‐coupled system composed of product system (including critical element) and vehicle connected by packaging and its fixing (location pattern, securing, etc.); the inverse substructure method is applied to the analysis of the dynamic characteristics of the system. For verification of the validity of the inverse substructure method for product transport system, a typical lumped mass model is taken as an example for numerical validation. To check out the accuracy of the method, we completed the experiment, and the predicted substructure‐level frequency response functions are in overall agreement with those measured. The sensitivity of the method to measurement error is also made. To study the influences of the product parameters, packaging and its fixing, we investigated the effects of the coupling stiffness, mass ratio, frequency parameter ratio and damping on the dynamic response of critical element. Reducing the coupling static stiffness of product–vehicle interface can effectively lower the response of critical element, especially when the coupling stiffness is less than the stiffness of product and vehicle. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Iterative mesh partitioning optimization for parallel nonlinear dynamic finite element analysis with direct substructuring

 This work presents a novel iterative approach for mesh partitioning optimization to promote the efficiency of parallel nonlinear dynamic finite element analysis with the direct substructure method, which involves static condensation of substructures' internal degrees of freedom. The proposed approach includes four major phases – initial partitioning, substructure workload prediction, element weights tuning, and partitioning results adjustment. The final three phases are performed iteratively until the workloads among the substructures are balanced reasonably. A substructure workload predictor that considers the sparsity and ordering of the substructure matrix is used in the proposed approach. Several numerical experiments conducted herein reveal that the proposed iterative mesh partitioning optimization often results in a superior workload balance among substructures and reduces the total elapsed time of the corresponding parallel nonlinear dynamic finite element analysis. Received 22 August 2001 / Accepted 20 January 2002     

某无人直升机机身框架动力学计算与试验研究

建立某无人直升机机身框架的动力学有限元模型,计算得到前六阶固有频率和振型,与模态试验结果相比较,误差小于3 %,验证了有限元模型的正确性,表明该有限元模型能准确地反映该无人直升机框架的结构动力学特性。有限元计算的机身框架固有频率值避开了旋翼、尾桨、发动机主通过频率值,满足动力学设计要求。这种有限元计算、试验验证以及模型修改相结合的动力学分析方法,能保证框架固有特性计算的精确,也为无人直升机其它结构的动力学建模提供借鉴。