频带内外模态对频带阻尼特性的影响

频带的阻尼特性主要由带内模态确定,同时受带外模态影响,文章首先从理论上研究了频带内仅有一个模态时的频带阻尼特性;在此基础上以频带内含有双模态的系统为例,分析了多模态频带的阻尼特性;考虑到频带内外模态相互耦合的作用,以带内外各含一个模态的耦合系统为列,分析了模态耦合对频带阻尼特性的影响。理论研究的结果可为今后对多模态系统带宽阻尼测试的实验修正提供理论依据。     

流体载荷对水下自由阻尼板阻尼损耗因子的影响

结构的阻尼损耗因子是潜艇降低水下辐射噪声的重要参数。为此,采用谱有限元法以计算流体载荷作用下的自由阻尼板的结构损耗因子,探讨辐射损耗因子同功率转换系数间的关系;然后使用谱有限元法比较了含流体和不含流体的自由阻尼板的结构损耗因子的差异,使用能量法对相关计算结果进行验证;最后使用三维模型对流体载荷作用下的自由阻尼板的功率转换系数进行了计算,进而分析功率转换系数同阻尼层杨氏模量、阻尼层厚度、阻尼层材料损耗因子等参数的关系。研究发现：在低于第二阶弯曲波产生频率的频段范围内,无流体时的损耗因子小于有流体的自由阻尼板;从频段平均的角度来看,功率转换系数在低频存在较大峰值,在高频变化较为平缓且数值较小;实际潜艇在流体载荷下主要通过改变结构的阻尼来改变其辐射的阻尼损耗因子。分析结果对于潜艇结构阻尼的优化设计有参考价值。     

竖向混合结构模态阻尼比计算研究

竖向混合结构因各子结构提供的能量损失机制不同,导致结构阻尼矩阵为非比例阻尼矩阵。基于复阻尼理论,推导了竖向混合结构的模态阻尼比计算公式。以一个12层竖向混合框架结构试验为例,将该方法计算得到的模态阻尼比与试验实测结果进行对比,验证了该方法的可行性;并采用不同材料阻尼比对该混合结构有限元模型进行了弹性时程分析,对该方法的有效性进行检验,结果表明该方法计算简便,效率高。最后采用该方法和模态应变能法研究了竖向混合结构各子结构自特性对整体阻尼比的影响情况。     

钢筋混凝土框架结构阻尼模型研究

以往建筑结构的阻尼通常从宏观上把握,阻尼矩阵以Rayleigh阻尼的不同拓展形式为主,其物理意义并不明确。依据混凝土材料的Kelvin粘弹性阻尼模型,经结构动力学分析,推导建立了弹性阶段剪切型钢筋混凝土框架结构阻尼矩阵与混凝土材料粘滞系数之间的关系,并给出了比例阻尼矩阵的判别准则。然后利用纤维增强混凝土的阻尼测试结果进行了算例分析,给出了10层复合纤维增强阻尼钢筋混凝土框架结构阻尼矩阵的具体表达式和一阶模态阻尼比,结果表明此结构阻尼矩阵不仅可像结构质量、结构刚度一样定量把握,且其物理意义明确;相比于普通混凝土框架,各复合纤维增强阻尼混凝土框架的一阶模态阻尼比有了较大的提高,其主要原因在于纤维的掺入增加了纤维与水泥基材的界面摩擦力,而乳胶的阻尼增强机理在于聚合物分子在外力作用下的内耗增加了普通混凝土的阻尼能力。     

阻尼钢轨的降噪性能试验

为研究阻尼钢轨的降噪性能,以标准钢轨和阻尼钢轨为研究对象,采用半消声室法进行室内声试验。通过对比试验,得出了标准钢轨和阻尼钢轨的时域、自功率谱和1/3倍频程曲线图。试验结果表明:阻尼钢轨产生的声压级幅值随时间迅速降低,并且在很短的时间内衰减完毕,衰减时间为标准钢轨的1/16;阻尼钢轨在1250 Hz以下频段范围内降噪效果不明显,在1250 Hz以上频段范围内,阻尼钢轨消耗了大部分能量,总噪声级有很大的降低,降噪效果显著。     

点导纳法的模态密度测试试验

模态密度能反映结构系统振动能量的存储能力,是应用统计能量分析法研究中高频动响应问题的重要参数。模态密度的实验获取常采用激励点导纳法。基于点导纳法原理,分别采用脉冲锤击和正弦扫频两种激励形式,测试一矩形铝合金板的模态密度,考虑传感器的附加质量,对测试结果进行修正。结果表明,激励形式对矩形铝合金板的模态密度的测试精度有较大影响;传感器的附加质量在不同激励形式下,相同频段内,对识别结果影响的差异明显;经过附加质量修正后,正弦扫频激励测试结果与理论值吻合性较好。     

附加双线性油阻尼器斜拉索的阻尼特性研究

利用Galerkin法,得到附加双线性油阻尼器拉索的运动方程。通过Runge-Kutta-Felhberg(RKF)方法得到其自由振动衰减曲线,并基于能量损耗原理的方法计算出拉索的模态阻尼。分析了双线性油阻尼器的一次阻尼系数、二次阻尼系数和变换速度对拉索阻尼的影响。提出了基于一个周期内消耗能量相同的线性化等效设计计算方法,并与数值计算分析结果进行比较分析。研究结果表明双线性油阻尼器较线性阻尼器具有其独特的优点。     

阻尼材料对铁路车轮振动特性的影响分析

为控制铁路车轮的振动和噪声辐射,在车轮辐板位置粘贴阻尼材料,并采用模态叠加法分析其对车轮频率响应的影响。首先在有限元软件ANSYS中建立普通车轮和阻尼车轮的有限元模型,模型中同时考虑阻尼材料阻尼的频变特性,采用Block lanczos法计算0~10 000 Hz内两种车轮的固有频率和振型,然后根据模态计算结果,采用模态叠加法计算车轮0~5 000 Hz内的频率响应,分析车轮的固有模态和导纳特性。研究结果表明:阻尼材料层的使用对车轮的振型不会产生较大的影响,仅使车轮各阶模态的共振频率略有下降。车轮不同位置在不同激励作用下响应的主要贡献模态各有不同。阻尼材料的使用对轮辋及踏面的振动影响较小。但无论是在径向激励或者轴向激励的情况下,阻尼车轮辐板的轴向振动明显低于普通车轮,在车轮主要的噪声辐射频段(1 000 Hz以上),阻尼材料的抑制作用尤其明显,在对车轮噪声贡献最大的模态(1节圆和径向模态耦合)频率处,振动可以平均降低15 d B以上。     

基于解析法的加筋板封闭梯形声腔的响应分析

基于模态叠加法和声振耦合理论建立了加筋板结构与梯形声场间的耦合模型;研究了点力到筋的距离、筋的刚度、质量和根数的变化对耦合系统响应的影响。结果表明：由于加筋导致的板振动能量和梯形声腔声势能的衰减程度与点力到筋间的距离密切相关,当点力直接作用在筋上或者点力到筋的距离小于板的四分之一弯曲波长时,振动能量和声势能在较宽的频段都出现衰减现象,反之则不会出现衰减现象。梯形声腔声势能和固支板振动能量的衰减级随着筋弯曲刚度的增加而变大,而筋的质量对能量衰减的影响与分析的频段范围有关。筋的根数增加并不会使得声振耦合系统中声势能和板振动能量的衰减级一直呈现增大现象。     

基于SEA分析验证的混响箱-消声室实验方法设计及隔声性能研究

不同于以往的理论、经验设计,采用低频段的声固耦合法、中高频段的统计能量法(SEA)对设计的混响声场进行声学分析,提高混响水平。根据虚拟结果建立混响箱实物,置于半消声室内进行测试,混响箱结构本体的噪声衰减量超过50 dB,混响时间达到混响要求,混响场内不同位置声压值差距均小于2 dB,该混响箱设计满足混响声场的要求;将SEA法隔声计算结果与应用混响箱-消声室法对板件的隔声测试结果进行对比,两者吻合良好;因此该实验方法能实现很好的隔声效果。通过该方法可快速对单层板及夹层板件进行隔声测试,发现吻合频率效应对隔声性能影响较大;以上研究对工程应用有较大的参考意义。     

体自由度颤振飞行试验的边界预测方法研究EI北大核心CSCD

体自由度颤振频率低,参与颤振的模态频率在亚临界状态往往已经极为接近,加之基于大气紊流激励的颤振飞行试验数据信噪比通常较低,增加了体自由度颤振飞行试验模态辨识以及颤振预测的难度。对此提出了一种基于Matrix Pencil模态辨识方法的体自由度颤振预测方法。通过随机减量技术对输出响应信号进行系集平均,得到随机衰减标记;运用Matrix Pencil方法拟合随机衰减标记获取模态参数,并通过频率和阻尼稳定判据筛选真实模态,再通过阻尼比与颤振稳定性判据变量外插获取颤振点。通过对仿真数据与试验数据的应用,可得到以下结论:Matrix Pencil模态辨识方法能有效辨识密集的颤振模态,并获得清晰的模态辨识稳态图。基于阻尼比及稳定性判据变量外插获得的颤振预测结果较为合理,其中DTFM(Discrete-Time Flutter Margin)判据变量的下降趋势更明显,外插结果与试验值更接近。该方法适用于体自由度颤振飞行试验的亚临界预测。     

宽频域的内损耗因子实验辨识方法研究

频带平均内损耗因子是利用统计能量分析预示结构振动响应的重要参数之一。论文基于二维平板结构的动力学响应解析解,研究了内损耗因子的实验辨识方法：功率输入法和脉冲响应衰减法。分别利用两种算法由仿真数据辨识结构宽频域的内损耗因子,并重点分析了频率范围和阻尼大小对算法辨识结果的影响。在此基础上,结合两种算法对新型减振复合板材料进行了悬挂振动实验研究。通过各自实验辨识结果的对比分析,得到了减振复合板材料宽频域的内损耗因子实验值,并提出了其经验估计公式,可以为该材料工程应用提供参考。     

基于谱系聚类的随机子空间模态参数自动识别

针对随机子空间模态识别过程因人为参与造成识别结果不准确的问题,提出在随机子空间识别过程中引入谱系聚类算法实现模态参数自动识别。通过两种不同状态矩阵计算方法所得到的模态之间的相似程度以及各阶模态的能量剔除由噪声、模态过估计等因素引起的虚假模态;引入谱系聚类算法对结果进行拾取,以频率、阻尼比、模态振型、模态能量作为聚类因子计算结果之间的相似性,通过其将计算结果分为若干类,提取元素多于一定值的类作为拾取结果,实现结果的自动拾取。通过数值仿真和实例分析验证本文方法的有效性。     

基于动力特性的混合结构地震响应复模态叠加法

混合结构由不同阻尼特性的材料组成,确定其阻尼矩阵存在困难。分块Rayleigh阻尼模型由于数学上的简易性,被广泛用于构建混合结构的阻尼矩阵,但分块Rayleigh阻尼模型的计算精度与参考频率的选择方法直接相关。针对参考频率的选择问题,依据结构动力响应的组成和特点,提出了一种确定Rayleigh阻尼系数的计算方法,进而实现基于分块Rayleigh阻尼模型的复模态叠加法。求解结构的瞬态反应时,根据结构前两阶振型的自振频率确定阻尼系数;求解结构的稳态反应时,选择结构的基频、与外激励频率接近的结构自振频率确定阻尼系数。依据地震波的频谱特性,提出了基于地震波卓越频率的分块Rayleigh阻尼模型,并结合地震加速度的分段线性假定,建立了混合结构的复模态叠加法。在此基础上,利用三角级数展开得到组成地震波的谐波频率,进一步提出了基于谐波频率的分块Rayleigh阻尼模型和对应的复模态叠加法。算例分析结果表明:所提方法误差更小,且克服了传统方法因振型选择不唯一导致的计算结果具有不确定性的问题;与基于地震波卓越频率的复模态叠加法相比,基于谐波频率的复模态叠加法计算量更大,但计算精度更高、适用范围更广。     

Experimental study on vibration and damping of curved panel treated with constrained viscoelastic layer

This paper presents experimental investigation on the damping effects of constrained layer damping treatment on a curved panel. Vibration attenuation of the curved panel is achieved by attaching constraining layer damping patches at the optimal locations. The placement strategies of constrained layer patches are devised using the modal strain energy (MSE) method. Locations for application of damping patches are those, where modal strain energy is maximum for the particular mode. The treatment is then applied to the elements that have highest MSE in order to target specific modes of vibrations. Extensive experiments are conducted by making number of separate samples of viscoelastic and constrained layer damping patches for each configuration to damp different modes simultaneously or independently. The experimental results demonstrate utility of the modal strain energy technique as an effective tool for selecting the locations of the constrained layer damping treatment to achieve desired damping characteristics over a broad frequency band.     

不同阻尼模型对地铁振动下结构动力响应分析的影响研究

在结构的弹性动力响应分析中,阻尼具有重要的影响,直接决定了结构的耗能与衰减行为。准确地理解不同的阻尼模型的适用条件对实际工程问题的分析具有重要意义。地铁振动激励下的结构动力响应分析具有以下特点：地铁振动激励强度小,结构通常保持弹性,结构的动力响应行为直接受阻尼影响,合理的阻尼耗能对于分析结果的可靠性至关重要;地铁振动的频域范围宽,容易激发结构的多组高阶竖向振型,分析中需要合理考虑各阶振型的阻尼行为。各类阻尼模型由于建立在不同的基本假设之上,适用范围各有不同。粘性阻尼模型和滞变阻尼模型是结构动力分析中常见的两类阻尼模型,为明确不同阻尼模型在地铁振动激励下的结构动力响应分析问题中的特点,从两类模型中各选取了一个典型代表(分别为Rayleigh阻尼和通用频变阻尼),并针对四类常见的典型结构(混凝土框架结构、钢框架结构、混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑框筒结构)进行了分析。研究结果表明：采用Rayleigh阻尼时,需根据结构动力特性与荷载频率分布合理定义参考频率区间,相对于覆盖荷载主要频率的参考区间,仅覆盖结构自身前10阶竖向振型的参考频率区间过窄,在该文的频率区间下,后者的顶层竖向峰值加速度比...     

Influence of bending-twisting and extension-bending coupling on damping of laminated composites

This paper describes a three-dimensional finite element-strain energy method for characterizing vibration coupling effects on damping of laminated composites. The analysis was performed on graphite-epoxy laminated cantilever beams in two stacking sequences: (i) 12-ply symmetric laminates [12()], and (ii) 12-ply antisymmetric laminates [6()/6(–)]. Thus, the effects of vibration coupling between bending and twisting in symmetric laminates, and between extension and bending in antisymmetric laminates on damping were studied. A modal strain energy method was applied in a finite-element formulation to solve for the natural frequencies, mode shapes and energy dissipation of the laminates. The coupling energy dissipation was separated from the non-coupling energy dissipation by the decomposition of the total energy dissipation in order to study its contribution to damping. The results of the first three modes, which includes two flexural modes and one torsional mode, are presented. The resulting torsional damping data are generally higher than the flexural damping data. The coupling effects on damping in flexural modes were found to be more significant than those in torsional modes, and such effects appear to be dependent upon the fibre angle and the vibration mode of interest. The coupling effects appear to increase damping in flexural modes, and were found to be maximized at a fibre angle around 30°. The non-coupling energy dissipation was found to be more dominant for the flexural modes at a fibre angle of 90°, and it appears to be more dominant at a fibre angle of 0° in torsional modes, however.     

桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

Effects of linear birefringence and polarization-dependent loss of supermirrors in cavity ring-down spectroscopy

In cavity ring-down spectroscopy (CRDS), residual or stress-induced birefringence (10(-7)-10(-6) rad) of supermirrors will lift the polarization degeneracy of TEM(00) modes and generate two new polarization eigenstates in the cavity with small resonant frequency splitting (approximately 0.1 kHz); the new eigenstates are nearly linearly polarized. When both modes are excited simultaneously, the intracavity polarization state will evolve as the energy decays in the cavity. Without polarization analysis, such mode beating would not be observable. However, real supermirrors have a linear polarization-dependent loss (dichroism) that leads to a change in the loss rate as the polarization state evolves and thus to deviation from the expected single-exponential decay. We develop a model for the evolution of the intracavity polarization state and intensity for a cavity with both birefringence and polarization-dependent loss in the mirrors. We demonstrate, experimentally, that these parameters (both magnitudes and directions) can be extracted from a series of measurements of the cavity decay and depolarization of the transmitted light.