轨道车辆车轮辐板阻尼层对其降噪效果的影响分析*

采用模态叠加法求得阻尼车轮导纳特性,利用已建立的轮轨滚动噪声预测模型,以轮轨表面粗糙度为激励,分析了辐板阻尼层与其厚度对阻尼车轮振动与声辐射特性的影响规律.首先,建立了阻尼车轮三维实体有限元模型,采用Block Lanczos方法计算车轮模态特征;其次,利用模态叠加法求得车轮在单位荷载激励下的频响函数;然后,利用虚拟激励法求得车轮在粗糙度谱激励下的频域振动特性;最后,依据车轮动态响应通过解析的方法求得车轮声辐射频域特性.计算结果表明:(1)车轮辐板敷设阻尼层对车轮1000Hz以下频率的振动与噪声的抑制作用不明显,而对车轮1600Hz以上的高频振动具有良好的抑制作用;(2)车轮辐板双侧敷设阻尼的降噪效果优于单侧阻尼;(3)阻尼层可以有效抑制车轮振动,且车轮辐板敷设阻尼层厚度越厚效果越明显.     

面向所有节点等效静态载荷的模态叠加法的结构动态响应优化

针对瞬态动力学分析复杂性和等效静态载荷转化的不确定性,提出基于模态叠加的所有节点等效静态载荷法,并将其应用到动态响应优化.首先从模态叠加的原理出发,分析动态响应与各模态的关系;然后根据等效静态载荷法的原理给出利用模态响应的所有节点等效静态载荷的计算表达式;最后提出关键时间点集的所有节点等效静态载荷方法,采用谱元离散插值且微分获得了时间关键点,并与邻近的GLL(Gauss-Lobatto-Legendre)点组成关键时间点集.应用文中方法对124杆桁架结构进行动态响应尺寸优化和18杆桁架结构进行尺寸与形状混合优化设计的结果表明,该方法是可行和有效的.     

分段阻尼隔振系统的动力学特性分析

针对传统线性隔振器在降低共振峰值的同时会牺牲隔振性能的矛盾,设计了一种含分段阻尼的隔振器.首先,采用移动凸轮变阻尼装置,通过凸轮廓线的设计使系统的垂向阻尼系数的受振动位移大小控制并呈现分段线性特征,分析了该装置的阻尼特性.然后将分段阻尼装置应用于隔振器中,建立了含分段阻尼的积极隔振系统模型及其动力学方程,通过能量等效原理求出了分段阻尼系统的等效线性阻尼系数,求解了简谐力激励下系统响应的理论解,并用四阶龙格-库塔法数值仿真验证了理论解的正确性.最后研究了分段阻尼隔振系统的动态特性,分析了主要参数对幅频响应特性与力传递率特性的影响.结果表明,通过合理的参数选择,分段阻尼隔振器可兼顾无阻尼隔振器与线性阻尼隔振器的优点,既能有效降低系统的共振峰值,又能保证高频区域的优秀隔振性能,为新型非线性隔振器的设计提供了理论依据.     

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.     

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.     

复模态稳态响应虚拟实验平台开发*

讨论了复模态稳态响应求解的基本理论与相关算法,实现了虚拟实验平台稳态响应求解系统。该系统考虑了非经典阻尼对实际运动方程的影响,计算结果精度更高,且更贴近实际工程应用中的情况。基于VS2005开发环境,调用Intel MKL与Hoops图形显示,使用Nastran求解器DMAP二次开发语言研制开发。通过算例对求解系统进行了测试,并与Optistruct的计算结果进行对比,验证了系统在求解非经典阻尼系统在受谐波激励的稳态响应时的有效性。     

一种基于等效线性化的非平稳随机动力响应分析的显式迭代算法

提出了一种基于等效线性化法的非平稳随机动力响应分析的显式迭代算法.首先根据等效线性化法把非线性系统转化为离散的线性系统,然后应用Newmark-β积分方法,推导出各个离散时刻的时域显式迭代公式,进而可以快速得到非线性系统的随机动力响应,最后用一个非线性的范德波尔系统和一个杜芬系统受非平稳随机荷载的算例验证了该算法的计算精度和计算效率.     

基于动量守恒的变质量系统振动分析方法

为了研究变质量系统的动态响应,提出一种基于动量守恒的变质量系统振动分析方法.与现有变质量系统振动分析方法不同,在建立动力系统微分方程时,无需考虑质量变化率对阻尼的影响,而在计算过程中,由某一时刻计算下一时刻系统响应时,考虑质量变化对系统速度的影响,速度变化遵守动量守恒定律.利用算例和实验分别对提出的振动分析方法进行验证,结果表明:该方法可用于变质量动力系统振动分析.     

刀具-夹具内阻尼对铣削刀具系统稳定性影响的研究

针对铣削刀具系统颤振及振动不稳定的问题,建立了考虑内阻尼影响的刀具-夹具系统动力学模型。基于动力学模型的特征方程,推导了内阻尼矩阵与内外阻尼比之间的关系。根据特征值实部分析法,得出内阻尼对系统稳定性的影响和刀具-夹具之间不同涂层材料和转速对系统内阻尼的影响。仿真分析、随机响应和模态分析表明,内阻尼越大,对系统的振动越具有抑制作用;材料阻尼比越大,系统越稳定;内阻尼与自身材料阻尼比都与振型有关。     

多体泵车臂架运动学规律仿真和实验研究

水泥混凝土泵车臂架是典型的多体非线性系统,臂架的柔性以及与连杆之间的耦合作用增大了臂架运动学轨迹和动力学响应求解难度。采用模态缩减法建立臂架刚柔混合模型,利用虚拟弹簧阻尼法建立液压缸等效连接,运用计算机仿真算法研究柔性臂、连杆、铰之间的复杂运动学规律,分析臂架柔性和等效油缸弹簧阻尼对末端位移的影响,最后通过实验验证仿真结果的正确性和合理性,为臂架虚拟样机设计、低频振动控制、轨迹预测提供参考。     

组合结构等效阻尼比的确定及在有限元计算中的应用

针对组合结构动力响应计算中,一般根据工程经验确定结构阻尼比,往往导致结构动力响应计算结果偏小,不利于结构安全评估的问题,首先根据复阻尼理论与结构动力学方法,推导出组合结构的等效阻尼比计算公式;然后,以某体育场组合结构为工程背景,在有限元法基础上使用ANSYS软件建立该结构的有限元模型.根据计算出的自振特性以及利用ANSYS二次开发功能所形成的阻尼刚度矩阵,实现等效阻尼比的有限元法求解.计算结果表明,等效阻尼比能够正确反映组合结构的动力特性,从而可以科学地计算其动态响应.     

A finite element formulation for composite laminates with smart constrained layer damping

A composite laminate with active constrained-layer damping treatment is studied. The interface element for viscoelastic damping layers has been developed based on the relative displacements between composite plates and piezoelectric constraining layers. As an example, the problem of forced oscillations of the laminated composite structure with a smart constrained damping treatment is solved and the vibration response of the composite plate with smart damping layers is calculated using the presently developed procedure.     

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。     

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.     

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.     

Model updating of multistory shear buildings for simultaneous identification of mass,stiffness and damping matrices using two different soft-computing methods

In this research, two novel methods for simultaneous identification of mass–damping–stiffness of shear buildings are proposed. The first method presents a procedure to estimate the natural frequencies, modal damping ratios, and modal shapes of shear buildings from their forced vibration responses. To estimate the coefficient matrices of a state-space model, an auto-regressive exogenous excitation (ARX) model cooperating with a neural network concept is employed. The modal parameters of the structure are then evaluated from the eigenparameters of the coefficient matrix of the model. Finally, modal parameters are used to identify the physical/structural (i.e., mass, damping, and stiffness) matrices of the structure. In the second method, a direct strategy of physical/structural identification is developed from the dynamic responses of the structure without any eigenvalue analysis or optimization processes that are usually necessary in inverse problems. This method modifies the governing equations of motion based on relative responses of consecutive stories such that the new set of equations can be implemented in a cluster of artificial neural networks. The number of neural networks is equal to the number of degree-of-freedom of the structure. It is shown the noise effects may partially be eliminated by using high-order finite impulse response (FIR) filters in both methods. Finally, the feasibility and accuracy of the presented model updating methods are examined through numerical studies on multistory shear buildings using the simulated records with various noise levels. The excellent agreement of the obtained results with those of the finite element models shows the feasibility of the proposed methods.     

基于复模态方法的二维夹层壁板颤振分析

本文研究二维夹层壁板在一侧受超音速气动力的情况下的颤振现象.利用复模态方法和伽辽金方法分析颤振临界马赫数以及夹芯粘性阻尼对颤振的影响.结果发现考虑前四阶模态时,由于一二阶频率重合而使振动能量积聚发生颤振.考虑中间层的粘弹性时,发现随着粘性阻尼的增加,颤振临界马赫数和临界颤振频率均呈现先降低后升高的现象,其原因是粘弹性一方面降低系统固有频率使得临界马赫数降低,另一方面又使能量耗散使得临界马赫数升高,在这两种作用的影响下出现了上述复杂的现象.本文的研究结果有利于颤振抑制时的设计优化.