基于飞行工作模态分析的飞行器动载荷识别研究

基于飞行遥测振动数据,本文提出了基于工作模态分析的飞行器动载荷识别方法.首先,详细介绍了ERA环境激励模态辨识方法的理论.其次,给出了飞行器结构动力学建模方法.再次,提出了基于工作模态辨识的飞行器动载荷辨识计算工作流程,详细分析了其中的注意点.最后,通过算例验证了方法的可行性,其中基于飞行器飞行振动遥测数据,采用环境激励模态辨识方法辨识其各时刻的模态,包括模态频率和模态振型,再利用振动响应的模态叠加原理和模态正交理论,获取各时刻飞行器低阶模态的响应,再结合模态剪力和模态弯矩进行动载荷识别.     

空间桁架结构优化设计

为获得空间桁架结构的合理构型,以某空间设备支撑结构为例,分析结构材料在设计空间的分布形式和桁架结构的传力路径。在已知载荷约束和设计空间大小的条件下,基于连续体拓扑优化方法,以静态多工况刚度和动态固有频率为多目标函数进行优化分析。依据设计要求确定计算模型的结点数和结点位置,获得满足要求的空间桁架结构并进行优化设计。优化结果比原模型质量减少36.7%,一阶模态提高3.6%。     

点阵多孔金属夹芯板振动特性分析及优化设计

采用空间桁架结构分析的网架结构连续化方法对点阵多孔金属夹芯板的夹芯层桁架进行了连续化处理,即,将夹芯层桁架等效为连续介质,并分别推导了金字塔型、四面体型、kagome型和4杆型点阵多孔金属夹芯板的抗弯刚度和等效剪切刚度．然后,应用分解刚度法推导了四边简支条件下点阵多孔金属夹芯板的固有振动频率公式,并与有限元计算结果进行了对比,表明所得公式具有较高的精度．最后,研究了夹芯板单胞结构尺寸对固有振动频率的影响,以夹芯层高度和桁架杆截面尺寸为设计变量,以第一阶频率最大化为目标对夹芯板进行了优化,优化后的夹芯板振动频率得到了明显提高．     

基于等效模态阻尼的复合隔振系统振动计算方法

基于线性黏弹性假设,将应变能阻尼理论推广到复合隔振系统的等效模态阻尼计算中,运用Python和Abaqus编制相应的计算程序,该程序可考虑材料阻尼的频变特性。以多种材料组成的船舶双层复合隔振系统为算例,计算其等效模态阻尼和隔振器等效阻尼系数。分别采用直接积分法和模态叠加法计算系统振动响应,对比设备、筏架、船底壳的振动加速度响应,验证基于等效模态阻尼的模态叠加法的准确性。结果表明,该方法可以准确计算复杂组合模型的模态阻尼,算例的振动响应计算结果一致性较好,用模态叠加法可以大幅提高复合隔振系统稳态振动响应的计算效率。     

考虑结构局部变形特性的超长桁架结构等效动力学建模

超长桁架结构是后续高时空分辨率天基遥感载荷的核心部件,建立其高效动力学模型是实现振动形态高精度控制的关键.为建立高效、精确的动力学模型,首先,根据超长桁架结构的周期性特征和振动变形特性,采用周期单元中心处位移表征整体桁架结构的空间位移,并分别推导了是否考虑桁架结构局部变形特性的两种应变能表达式;其次,根据哈密顿原理以及边界条件,建立了两种不同的等效动力学模型.最后,通过对两种等效模型与超长桁架结构固有特性的对比分析,验证了等效建模的有效性以及考虑局部变形特性提高模型精度的必要性.     

某TMA遥感器桁架支撑结构动态特性研究

空间遥感器中,支撑结构是保证光学元件结构位置精度及成像质量的关键.为了提高支撑结构的设计性能,确保结构的稳定性,利用CAE技术考核动态特性是遥感器研制过程中的一个重要环节.利用有限元平台,运用大质量法,建立了某TMA遥感器桁架支撑结构的动力学模型,进行了动态特性的仿真分析.依据动态特性仿真结果,发现了支撑结构中的薄弱环节,并进行了优化设计.仿真分析结果表明,优化后的遥感器桁架支撑结构固有频率明显提高,第一阶固有频率达到122.1Hz,保证了遥感器桁架支撑结构在外界动态载荷作用下的动力学响应.     

3D打印模型节材优化

针对3D打印材料费用昂贵问题,提出一种改进的蒙皮-桁架结构快速构建与优化方案,使打印模型的体积在满足产品物理机械性能、受力平衡性、自平衡性和可打印性等多约束条件下实现最小化,达到节省打印耗材、降低成本的目的.利用网格简化策略快速构建表层桁架结构,与原始网格模型在拓扑上保持相似性,避免桁架与蒙皮之间的冲突;基于实验分析,提出无内节点的内部桁架构建方法,可大幅缩短整体优化时间,且可在保证满足力学约束条件下获得更优的节材效果;将力学准则法与粒子群优化算法有机结合,利用满应力法计算桁架结构的支杆半径作为优化算法的初始值,提高算法在全局范围内搜索最优解的能力和效率,实现桁架结构支杆截面尺寸与系统拓扑结构协同优化的目标.实验结果表明,该方法健壮、有效,具有成本优势和效率优势.     

高速履带车辆扭杆弹簧疲劳寿命的数值计算

由于在分析高速履带车辆扭杆弹簧疲劳寿命的过程中传统方法采用静态最大载荷计算不能考虑动态载荷的影响,以多柔体动力学和有限元模态应力分析法为分析手段,通过数值仿真计算得到不同载荷作用下履带车辆扭杆弹簧的应力时间历程曲线．依据Miner线性损伤累积理论,结合车辆行驶环境和行驶工况的分配比例和扭杆弹簧材料特性曲线,采用Goodman法和Gerber法2种等效应力修正方法,对扭杆弹簧的疲劳寿命进行分析和预测,其计算结果表明Goodman法比Gerber法保守,两者之间的预测结果相差约7倍．该研究为设计阶段履带车辆关键零部件疲劳寿命预测提供可行的分析方法．     

考虑间隙运动副的桁架单胞等效建模与分析

本文主要研究了含间隙运动副桁架单胞的等效建模方法.主要考虑了桁架单胞的等效刚度问题以及阻尼问题.首先从间隙铰链开始研究,提出全面的铰链模型;其次提出用位移法将桁架单胞等效成板,即把桁架单胞看成是由梁元组成的钢架结构,运用平面钢架位移法得出桁架单胞的等效刚度矩阵,进而得出结构的整体固有频率和等效后的板的刚度矩阵.最后用有限元软件ANSYS对单胞结构在不同边界条件下进行了模态分析,将在自由边界条件下的固有频率和解析得出的频率做了对比,发现二者有很好的吻合度.结果表明由于间隙运动副的存在,使得桁架单胞结构的刚度降低,柔性增强.     

基础激励下基于模态叠加法的谐响应分析

针对ANSYS等商业有限元软件无法进行基础激励下基于模态叠加法的谐响应分析的问题,将以绝对响应为变量的动力学方程改写为基础响应与结构相对响应之和的形式,重新推导以相对响应为变量的结构动力学方程.以组合梁结构为例进行MATLAB程序仿真,并以ANSYS的PSD分析结果验证所推导的动力学方程的正确性,说明基础激励下利用模态叠加法进行谐响应分析的可行性.     

基于单元模态应变能和剩余模态力的结构损伤识别方法在某塔式桁架中的应用

为快速、准确定位工程结构损伤位置,有效提高工程结构安全性能和使用寿命,以某塔式桁架结构为研究对象,运用单元模态应变能法和剩余模态力法对其进行损伤识别.利用MSC Marc对该桁架完整结构和几种不同损伤程度下的损伤结构进行模态分析,通过MATLAB编程从模态分析结果中提取这些结构的模态参数,计算损伤结构单元模态应变能的变化率和损伤结构各节点自由度对应的剩余模态力,并进行结构损伤识别.结果表明单元模态应变能变化率和剩余模态力是有效和准确的结构损伤标志量.     

一个有效的动态网络节点影响力模型

网络节点影响力度量对社会网络研究具有重要的价值,静态网络的影响力度量是目前研究的主要问题。然后社会网络的结构经常会随着时间变化,呈现出动态网络。静态网络节点影响力度量模型虽然可以对动态网络不同时间点上的快照进行度量,然后这种机制很难刻画动态网络节点影响力的变化过程。本文将动态网络建模为不同时间点网络的叠加快照,然后构建了动态网络边权重衰减和节点影响力衰减机制,基于衰减机制提出了动态网络节点影响力模型,模型可以应用于加权或无权动态网络节点影响力度量。为了客观衡量本文模型的性能,在一个模拟网络和三个真实网络进行了不同实验。在模拟网络上,将结果与人工标注的结果计算肯德尔系数,针对三个真实网络则进行了不同角度的影响力效果分析。实验结果表明本文模型不仅可以较好的刻画动态网络节点影响力的变化过程,还可以准确度量动态网络节点影响力。     

基于螺旋运动的智能优化算法研究

螺旋结构是自然界中经常出现的一种结构,螺旋结构因其特殊的运动轨迹、天然的收敛性而受到智能优化算法研究人员的关注.在螺旋动态优化算法(SDA)的基础上,提出一种基于组合螺旋和FDB选择策略的改进螺旋算法(MSPO),克服SDA的弊端,大大减小了时间复杂度、简化运算过程,提高了普适性和收敛精度.最后在八个具有代表性的基准函数上进行实验,实验结果表明,MSPO在收敛精度、收敛速度及鲁棒性上都表现出了更好的性能.同时将其运用在10杆和25杆的连续性桁架结构尺寸优化上,仿真实验表明,MSPO能很好地解决这类结构优化问题.     

车架有限元模型中焊点的快速构建研究与应用

桁架类结构广泛应用于桥梁、建筑和各种机架中，其中存在大量相似的焊点，针 对客车车架有限元建模过程中焊点构建效率低和相互之间存在差异的问题，提出了基于点云配 准的方法快速完成焊点的构建。首先分析车架各分总成中型材间的焊接接头结构和类型，在有 限元网格划分完成的基础上，对于数量较多、拓扑结构一致且尺寸相近的接头，提取其网格和 节点信息并构建焊点形成等效接头；然后建立各分总成的等效接头集合；最后使用主成分分析 法和迭代就近点算法将集合内的等效接头点云和车架上相应的接头点云进行配准，使用点云融 合完成焊点的构建，有效地解决了车架焊点构建过程中存在的问题。     

基于ABAQUS的空间桁架有限元分析

空间桁架结构是一种格构化的梁式结构,广泛应用在各行各业,其刚度以及固有频率对于桁架结构设计及优化具有重要意义。本文基于ABAQUS这一有限元分析软件,针对特定的空间桁架结构进行了三维模型的建立、刚度分析以及模态分析,得到空间桁架在外部载荷作用下的应变和位移以及前五阶固有频率,对于后续优化改进以及类似桁架结构的分析具有重要指导意义。     

HyperWorks动态优化技术在工程领域的应用

在对结构设计要求越来越高的今天,如何得到结构的最优设计,降低产品的成本并提高产品的性能成为设计人员面临的主要问题,而解决这一问题的有效途径就是对产品的结构进行优化设计。利用Altair公司的有限元分析软件HyperWorks中最新集成的等效静态载荷法(Equivalent Static Load Method),并结合其软件可以快速实现结构的动态结构优化。     

空间相机桁架结构模态相关性分析

为有效地预示空间相机桁架结构的动态特性，需要对其进行模态相关性分析，目的在于检验分析结果的有效性和准确度，发现结构中的薄弱部位，但由于桁架结构是一复杂的杆板组合结构，计算结果中存在着大量次模态，从而无法与试验结果进行对比。基于上述问题，提出一种利用模态应变能比值来定量区分的方法，从密集的计算模态群中识别出桁架结构的主模态。主模态经模态向量缩减后与试验结果进行比较，鉴定它们之间的总体相关程度，若误差超过规定的界限，则通过调整模型参数、修改模型构型来寻找可能的误差源，反复这一过程，直到有限元模型能够很好地模拟实际结构的主要动态特性为止。分析结果预示了较好的试验和计算模态相关性，验证了有限元模型的有效性，为进一步的响应分析和振动控制设计提供了依据。     

自由运行结构动态载荷识别的格林函数法

将Green函数法应用于平动自由结构的载荷识别问题.不计刚-柔耦合效应,建立测点的绝对运动加速度和动态激励的卷积关系,Green核函数由整体刚体运动与弹性振动的脉冲响应迭加而成,采用正则化方法求解反卷积问题.对自由梁和组合薄壁结构给出两个算例,以数值仿真结果叠加20%噪声水平的随机噪声模拟实测响应,结果表明,Green函数法能有效地反演复杂平动自由结构的动载荷,正则化方法求解此类问题的稳健性和耐噪性强.文中得到的Green函数法对复杂自由结构体系的动载荷反演具有应用潜力.     

空间杆系结构回传波射分析及程序实现

为有效地进行杆系结构应力波响应分析,基于传统的空间杆系结构回传波射矩阵法,考虑黏滞阻尼、复刚度阻尼及节点集中质量的影响,采用VC+ +编制通用回传波射矩阵法分析程序. 该程序可以计算空间杆系结构在任意动力集中载荷作用下任意位置的动力瞬态响应. 针对某刚架结构,比较运用该程序与运用有限元法得到的结果,验证该方法的精确度.     

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.