基于Bessel和Meijer-G函数的楔形和锥形悬臂梁振动分析

基于欧拉-伯努利梁理论,利用Lagrange法建立了楔形和锥形截面梁在外激作用下的非线性微分方程.提出了一种基于Bessel函数和Meijer-G函数线性组合的无需迭代及近似截断的振型函数,且该振型函数不依赖于楔形和锥形变截面梁的弯曲振动的运动方程是否为标准的Bessel形式,该方法能快速求解线性基频和模态函数.随后将...     

变截面粱横向振动特性半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法.基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率.通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性.     

变截面梁横向振动特性的半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法。基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率。通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性。     

含多条裂纹变截面简支梁的自由振动

基于传递矩阵方法,提出了一种求解含多条裂纹变截面简支梁固有频率的新方法。针对一类可推导振型函数的变截面梁结构,采用无质量弯曲弹簧来等效梁结构上的横向裂纹,推导出含变截面参数和裂纹几何参数的整段变截面梁传递矩阵;根据简支梁的边界条件,得到含裂纹变截面简支梁的特征传递矩阵,研究变截面参数、裂纹条数和裂纹几何参数对变截面简支梁固有频率的影响。结果表明:裂纹对变截面梁模态的影响非常大,会显著降低变截面简支梁的各阶固有频率。     

完全弹性支承变截面梁动力特性半解析解

基于Bernoulli-Euler梁理论对直接模态摄动方法进行改进,建立求解完全弹性支承变截面梁振动方程的半解析方法。改进摄动法(IPM)在等效等截面完全弹性支承梁的模态空间内将变截面简支、连续梁的变系数微分方程组转化为非线性代数方程组,获得完全弹性支承变截面梁动力特性的半解析解;推导弹性边界条件下系数Δkki的具体计算公式。算例分析表明,改进摄动法计算精度高、收敛速度快,可有效考虑弹性支承对结构动力特性影响;据振型的对称性给出完全弹性支承变截面对称梁动力特性的简便计算方法(SIPM);研究支座出现损伤对变截面简支梁桥自振频率影响。     

带任意附加质量的变截面弹性支承梁动力特性的解析解

根据变截面梁桥的结构特点,建立了带任意附加质量的变截面弹性支承梁(桥)动力特性的简化计算模型。基于Bernoulli-Euler梁理论,对直接模态摄动法进行改进得到改进摄动方法(IPM)。在完全弹性支承梁的模态子空间内,IPM法将带任意附加质量的变截面弹性支承梁的变系数微分方程转化为线性代数方程组。IPM法适用于求解带任意附加质量的变截面弹性支承简支和连续梁(桥)的振动方程。算例分析表明:IPM法具有较高的计算精度和较快的收敛速度。根据变截面对称梁(桥)的振型对称性给出了对称梁(桥)动力特性的简便计算方法(SIPM)。SIPM法可以减少未知系数和未知数约50%,计算精度与IPM法接近,计算效率更高。最后,研究了附加质量和弹性支承对三跨变截面连续梁桥动力特性的影响规律。     

变截面梁多次碰撞响应的动态子结构方法

该文考虑多次碰撞过程和多次分离过程,考虑阻尼对变截面梁运动的影响,将动态子结构方法推广应用于变截面梁的多次碰撞响应问题,导出了模态坐标表示的变截面梁-弹簧碰撞系统动力学方程。采用Newmark隐式积分方法进行求解,研究了开启-关闭过程中簧片阀与升程限制器和阀座的多次碰撞现象,碰撞动力学响应,以及阀片厚度及中空部分尺寸对阀片开启和关闭动作的影响。数值收敛性结果和与三维动力有限元方法的对比分析结果表明,该动态子结构方法可合理、有效地分析变截面梁的多次碰撞响应问题,适用于研究时间跨度较长的变截面梁多次碰撞问题,以及阀门结构的优化设计计算。     

考虑弹丸与身管轴向运动耦合的火炮系统时变动力学分析

将火炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁，基于伯努利-欧拉梁理论和广义Hamilton原理，推导了考虑梁内张力的轴向运动梁振动方程。采用变量替换的方法把时变振动方程转换为固定区域的变系数微分方程。再用假设模态法和Galerkin法对控制微分方程进行空间离散求解。利用高精度时间有限元求解该时变方程，用两个算例验算振动方程的准确性。最后数值模拟移动弹丸对身管横向振动的影响。     

含楔形变截面连续梁弯曲自由振动计算的传递矩阵法

本文推导了楔形变截面梁弯曲自由振动计算时的传递矩阵式，通过对含楔形变截面连续梁弯曲自由振动的实例计算，证明了本文提出了的方法是一种精确度高而且简便易行的方法。     

基于近场动力学微分算子的变截面梁动力特性分析方法EI北大核心CSCD

变截面梁式构件广泛应用于工程结构中,其动力特性更是结构设计和状态评估中的重要考虑因素之一。基于新兴的近场动力学微分算子(Peridynamic differential operator,PDDO),尝试提出了一种用于变截面梁动力特性分析的非局部方法。将变截面梁的动力学微分控制方程与边界条件通过PDDO由局部微分形式转化为对应的非局部积分形式,再结合拉格朗日乘数法与变分原理,将非局部积分形式的控制方程与边界条件转化为标准特征值问题表达形式,从而求得自振频率与振型。通过对等截面梁的自由振动分析并与解析解对比,验证了该方法良好的收敛性与准确性。进一步通过求解下边界一次、二次变化的连续变截面梁,证明了该方法对于任意变截面梁自由振动分析的适用性与可靠性。开展含孔变截面梁的自由振动分析,体现了该文的非局部方法在含缺陷构件振动分析和损伤识别问题方面的潜力,可为含缺陷变截面构件的动力分析问题提供新思路。     

基于数据库的优化随机子空间法识别精度评价

模态识别精度评价贯穿模态识别研究的全过程,但基于单一或少数算例的模态识别精度评价方法存在偶然性,因此提出一种基于结构响应数据库评价模态识别精度的方法。数据库的关键数据是结构的模态参数理论值和结构响应;对于集中质量模型,提出一种基于模态参数构建结构物理模型(质量、刚度和阻尼矩阵),进而计算结构响应的数据库构建方法,并用算例验证了可行性。针对随机子空间法定阶难、虚假模态剔除难的问题,提出一种基于奇异熵增量定阶和稳态图两阶段虚假模态剔除的优化随机子空间法,并利用数据库方法对优化的随机子空间法进行了识别精度评价,结果表明：基于数据库的模态识别精度评价方法可行;优化的随机子空间法频率和振型的识别精度高、阻尼比的识别精度较低。     

数据驱动与协方差驱动随机子空间法差异化分析

针对能有效从环境激励结构振动响应中获取模态参数的随机子空间法,传统观点认为无论在理论上或应用中数据驱动随机子空间法与协方差驱动随机子空间法在模态参数识别过程中表现一致,实际应用中表现不一致问题,理论上探讨两种方法出现差异的原因,并进行相应的数值模拟。研究结果表明：基于QR分解的数据驱动随机子空间法无论计算精度或对较弱势模态的识别能力均明显优于协方差驱动随机子空间法。     

弹性中厚板模态特性的近似计算方法

文中介绍了求解中厚板振动模态特性的一个近似方法一模态摄动法。这一方法是在薄板模态子空间内实施,最后将复杂的偏微分方程的求解转化为一个代数方程组的求解。对于四过简支板,得到一个十分简单的计算公式。文中还对剪切变形和转动惯量以及剪切折合系数对四过简支厚板固有频率的影响进行了分析。算例表明,这一方法简单且具有较好的精度。     

数据驱动随机子空间法矩阵维数选择与噪声问题研究

数据驱动随机子空间法作为一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构振动响应中获取模态参数。其中,Hankel矩阵维数的选择直接影响到数据驱动随机子空间法消噪能力。本文理论上分析了噪声与数据驱动随机子空间法Hankel矩阵维数之间的关系,并基于归一化奇异值（SVD）、稳定图以及有限元模态识别结果（FE）,提出了一种评估数据驱动随机子空间法矩阵维数选择优劣的方法,并通过数值算例和导管架平台振动台试验系统地验证了该方法的有效性,结果表明：非方阵的Hankel矩阵使数据驱动随机子空间法具备更强的消噪能力和更高的模态识别精度。     

基于随机子空间法的海洋平台模态特征实时提取方法研究

海洋平台结构模态特征实时提取是其结构健康监测的一项重要手段。针对传统随机子空间算法在有限测点下无法反映结构整体特征的问题,提出了一种改进的协方差驱动随机子空间模态实时提取方法。该方法基于一种新的Hankel元素重构方式,构建了结构实际空间信息与算法的相关性,并有效降低了计算矩阵的维度,从而显著提高了平台模态识别的准确度和计算效率。在此基础上,进一步建立了基于信号累积特征的虚假模态辨识方法与剔除准则,解决了传统随机子空间方法在计算大型复杂结构时存在虚假模态过多的问题。以渤海某海洋平台为例,采用所建立的方法对该平台响应信号进行计算,并与传统随机子空间方法进行对比分析,验证了所提方法的优良适用性和鲁棒性。     

层状土层随机地震反应分析的近似解法

基于模态摄动方法,提出了层状土层随机地震反应的近似分析方法。该方法首先利用等效均匀剪切梁的模态和频率,将层状土层的微分方程转化为代数方程,得到层状土层的固有频率和模态。在此基础上,推导了层状土层随机地震反应的计算公式。最后通过算例,阐述了基于模态摄动法进行随机地震反应的计算过程并分析了该方法的计算误差。计算结果表明,这一方法简单有效,其误差可控制在5%以内。     

制动力作用下车辆—车站结构耦合系统分析

研究制动力作用下车辆—结构耦合系统的分析方法。以刚体动力学方法建立车辆子系统模型,以振型叠加法建立结构子系统模型,以给定的制动加速度时程、简化的Kalker蠕滑理论和轮轨密贴假定分别定义纵向、横向和竖向轮轨间相互作用力,采用时程积分和时间步内的力—运动状态迭代方式求解运动方程。作为算例,研究了深圳地铁4号线、6号线列车制动于深圳北站时车辆—结构动力耦合系统的动力响应,并对车站结构关键部位的振动状态做出了分析和评价。     

Novel dynamic modeling of feed drive system using subspace method

An innovative approach is proposed in this paper where the subspace identification method (SIM) is applied to develop a dynamic model of a feed drive system. Unlike the lumped parameter or finite element models, the SIM determines the state space model by utilizing the acceleration profile of the interpolator as the input signal and the acceleration of the moving platform as the output signal. It is found that the model obtained from the SIM can determine the dominant modes which are excited during the motion. The twisting and longitudinal modes are identified from the frequency response diagram and modal analysis. It is shown that the novel model can be used to evaluate the dynamic responses under various trajectories with different accelerations and jerks. Experimental results shows that the subspace model can predict the vibration of the XY table quite accurately with the RMS (root mean square) error less than 20%.     

随机子空间识别在悬索桥实验模态分析中的应用

为了从大型悬索桥的脉动实验结果得出精确的结构动力特性,以便进行结构的抗风、抗震研究和实时监测,本文利用随机子空间系统识别方法对虎门悬索桥进行了模态分析。这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程,但必须利用稳定图形确定模型阶数。同有限元数值计算结果作比较后可看出,该法能识别出10个频率在0.5Hz以下的自振频率,并且可得到较好的结构阻尼,说明随机子空间系统识别方法是分析大型桥梁脉动实验特征参数的有力工具。     

基于分布参数模型的复合自复位结构参数分析

该文提出一种复合自复位结构,该结构在体系层次上由主、次两个子体系组成。主体系承担结构基本的使用功能,可以简化为剪切梁;次体系承担控制结构损伤模式、耗能和自复位的功能,可以简化为底部带有弹性转动约束的弯曲梁;二者组成复合自复位结构的剪弯梁分布参数模型。求解微分方程得到体系振型方程的闭合解。将剪弯刚度比和弯曲梁与底部弹性转动约束刚度比作为参数,分析了二者对体系的特征值、振型、振型参与系数和振型转角的影响,从动力学的角度解释了体系控制损伤模式的机理。利用该分布参数模型,可以合理地选择两种刚度比参数,使体系的层间位移分布均匀。结合振型叠加法计算结构响应,该模型可以为体系的初步设计和方案选择提供一定的参考。