频响函数残差法在有限元模型修正中的应用

准确的有限元模型能够真实有效地反映实际结构的动态信息,为缩小结构建模中的误差极有必要对结构有限元模型进行修正。目前,基于模态频率、振型和频响函数的模型修正方法应用最广。其中基于频响函数的修正方法避免了模态参数识别过程的误差,且不受测试自由度数限制,与模态频率和振型的模型修正方法相比更具有优势。基于频响函数的修正方法按目标可分为频响函数相关性法和频响函数残差法。频响相关性法立足于形状和幅值相关性与参数灵敏度的关系,与频响函数残差法相比,丧失了频响函数与设计参数的直接关联,导致在部分结构模型修正中出现振荡不收敛现象。为此,基于实际测试结构对比研究两种方法在有限元模型修正中的应用,并分析频率点数和频带范围对基于频响函数残差法的模型修正的影响。结果表明频响函数残差法能够稳定收敛且具有高效性;同时,合理的频率点数和较宽频带范围有利于提高频响函数残差法的修正效率。     

基于加速度频率响应函数的结构损伤测量方法研究

提出了一种利用加速度频响函数对结构的损伤进行定位和定量分析的方法，该方法分别利用试验测量和模型计算所得的加速度频响函数对动力学模型的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼系数进行修正，使修正后模型的加速度频响函数与试验测量所得的相一致，利用其修正的差值即可对结构的损伤进行定位和定量分析。该法具有明确的物理意义，避免了模态分析，便于形成实时监测系统。数值算例检验了方法的有效性和精度。     

一种改进的利用频响函数进行有限元模型修正的方法

在对机械结构的动态特性进行准确而可靠的预测时，有限元模型的设计参数的修正是很重要的。利用试验测试和预测的有限元模型计算得到的频响函数（FRF），在结构动力缩聚技术的基础上，推导出了一种改进的基于频响函数的灵敏度分析的修正方程。数值实例研究结果表明该方法利用不完备的测量数据，也可在很宽的频率范围内，同时对多个参数进行修正，有限元模型修正解与真实结构参数完全吻合。本文的方法可适用于大型复杂结构的模型修正。     

基于小生境遗传算法的结构频响函数模型确认

提出了一种基于小生境进化(种群进化)的模型确认方法,采用模式置信准则(Signature Assurance Criterion,SAC)和模式比例因子(Crossing Signature Scale Factor,CSSF)与频响测试约束状态下的固有频率相结合的输出特征作为模型确认的输出响应,以降低输出特征个数并可利用全部频响分析的试验数据。参数修正过程中,采用距离判别方法分析和计算实验与仿真两个数据集之间的统计学差异,并通过逐步迭代、小生境进化达到模型确认的目的。算例仿真结果表明:所提出的基于小生境进化方法可用于结构动力学的频响函数模型确认,相关的频响函数输出特征作为动力学响应输出可以得到较高精度的确认结果。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

基于位移频响函数灵敏度分析的模型修正

针对频响函数灵敏度分析法进行模型修正时,由于一阶近似固有的局限性,很难直接迭代得到正确收敛结果的问题,提出了频响函数灵敏度拟合函数进行基于模型修正的结构损伤识别方法。首先,采用模态参与变异系数准则选取激励点位置、频率响应有效独立法结合距离系数-有效独立法选取测点位置;然后,综合考虑频响函数对修正参数变化的灵敏度和频响函数的相关性,选择一个合理的频率点;最后,拟合随参数变化的频响函数灵敏度函数曲线,引入新的中间设计参数,从而建立中间设计参数的频响函数灵敏度方程组,通过求解中间设计参数的改变量来求解修正参数的改变量。三自由度质量—弹簧和二维桁架系统的数值算例验证了所提出方法的可行性;数值算例表明,该方法具有较高的计算效率和识别精度,也对随机噪声具有鲁棒性,同时有效地避免了灵敏度方程组数值平衡导致的收敛问题。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

含铰可展桁架结构非线性模型修正方法研究

提出了采用模式搜索法修正含铰桁架中铰链非线性刚度的方法。首先根据描述函数法建立了非线性桁架的动力学模型,假设铰链力学特性呈立方非线性,采用谐波平衡法对桁架结构进行动力学响应分析。在此基础上,以试验和计算频响函数之间的残差最小为目标函数,利用模式搜索法进行铰链非线性刚度修正。以含铰悬臂梁和单跨平面桁架为研究对象,开展仿真研究。在无噪声情况下,对非线性刚度的初始误差分别为15%和50%两种情况,选取合理的迭代步长和收敛准则,能够得到较好的修正结果;当考虑信噪比分别为0.5%,1%和2%时,修正结果误差分别为0.2%,2.2%,2.2%;当考虑多修正参数时,修正后非线性刚度的误差分别为1.9%和0.7%。结果表明,提出的非线性结构模型修正方法,可以对非线性结构的动力学参数进行修正,该方法具有较高的精度和一定的抗噪能力。     

基于频响函数截断奇异值响应面的有限元模型修正

考虑由于模型参数误差造成的有限元模型偏差的问题,提出一种基于频响函数截断奇异值响应面的模型修正方法。利用傅里叶反变换将结构频响函数变换为时域内的脉冲响应函数,通过延迟坐标法重构脉冲响应函数的相空间矩阵,进而对相空间矩阵进行截断奇异值分解,提取有限个较大的奇异值作为频响函数的特征量。以待修正模型参数为样本集输入,截断的奇异值为样本集输出,建立支持向量机响应面模型并进行训练,以逼近模型待修正参数与频响函数的特征量之间的非线性映射关系。以目标频响函数的特征量与支持向量机响应面模型输出的特征量之间的差值最小化为目标,利用遗传算法通过优化求解参数修正量。仿真计算表明:支持向量机的保留奇异值响应面能准确预报训练集以外样本的保留奇异值,具有较强的泛化能力;结合遗传优化算法能获得准确的参数修正量,算法对噪声有较强的鲁棒性。     

基于Kriging模型和无迹卡尔曼滤波的转向架构架模型修正

为提高转向架构架模型的修正效率和实时性,提出了一种基于Kriging模型和无迹卡尔曼滤波的模型修正方法.首先,对构架进行模态分析,引入信息熵确定模态阶数来优选频响函数频率区间.其次,构造Kriging模型,将频响函数经过小波变换并提取第4层低频系数作为Kriging模型输出,并通过改进的灰狼算法(grey wolf o...     

铁路车辆车轮高频振动2D轴对称模型计算分析

文中采用2D轴对称模型对车轮进行模态分析,以此为基础用模态迭加法计算车轮的动态响应。计算车轮动柔度代表车轮振动响应。在计算车轮动态响应时,不仅考虑了车轮的弹性模态,也考虑了车轮的刚体模态。论文深入分析了振动响应计算采用轮对和车轮模态的不同特点,在此基础上提出了改进方法。计算结果表明:包含车轴的模态和车轮的刚体模态对2000 Hz以下频段振动响应有影响。利用单个车轮和轮对的混合模态得到车轮振动响应与轮对计算结果在50-5000 Hz频率范围良好一致。     

基于传递函数的星箭耦合载荷分析

分别对运载火箭和卫星进行频率响应分析。在取得离散形式的频率响应分析结果基础上,采用有理多项式拟合技术,将火箭和卫星的频率响应函数转化成以部分分式表示的传递函数。根据星-箭对接的力学条件,可以在Simulink平台上建立起星箭耦合载荷系统模型。对此模型进行仿真便可得到在外力作用下星箭耦合载荷系统的瞬态动力响应。分别以简单的质量-弹簧模型、以及星箭耦合载荷模型验证了方法的正确性。基于传递函数的星箭耦合载荷分析方法,将柔性结构的动力学计算纳入到系统仿真的框架之中,为进一步实现结构-气动和伺服控制系统的耦合分析奠定了基础。该方法也为将火箭和卫星实测的频响特性直接应用于星箭耦合载荷分析创造了条件。     

An interval finite element approach for the calculation of envelope frequency response functions

This paper focusses on the application of the interval finite element method in dynamic analyses. It describes a methodology for calculating frequency response function envelopes from a finite element model containing imprecise parameters defined as interval uncertainties. The resulting envelope functions give a conservative approximation of the possible range of the frequency response function, taking into account that the uncertain parameters in the model can adopt any value in their presumed uncertainty intervals. The methodology is based on the modal superposition principle. It consists of an interval aritmethic algorithm which processes the results of a preliminary global optimization performed on the modal parameters. The algorithm is constructed such that it optimally combines the advantages of both the anti‐optimization and the interval arithmetic strategy for general numerical interval calculations. In the first stage of the development, the modal parameter ranges of each individual mode are independently combined in the modal response contributions. This yields the modal rectangle (MR) method. In order to remedy the high conservatism inherent to the MR method, the exact eigenfrequency ranges are added to the analysis. This results in the modal rectangle method with eigenfrequency interval correction (MRE). A second improvement consists of adding extra delimiters to the MRE modal parameter range approximation. This is achieved by performing an extra optimization on the modal response contributions at discrete frequencies. The method is referred to as the locally optimized modal rectangle method with eigenfrequency interval correction (OMRE). Finally, a numerical example illustrates the different algorithms. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

惯性平台内、外框架结构系统的动力响应分析

应用有限元数值计算方法,对某型号惯性平台内、外框架结构系统进行了动力响应分析,得到了结构系统在承受正弦周期载荷时的响应曲线、谐振频率、谐振频率点的振型及最大振幅,建立了平台内、外框架结构系统(外框架→内框架→台体)各部分响应的传递关系。通过分析计算,对如何提高结构系统的动态性能提出了方法和建议,为今后型号的改进和设计奠定了基础。     

电磁悬浮转子的非线性控制

本文在对一个电磁悬浮转子实行线性控制研究的基础上,采用了两种非线性补偿控制,位移补偿和速度补偿。数字仿真结果表明,非线性补偿控制可使电磁悬浮转子达到更好的动态控制效果。     

直线导轨进给机构动态特性参数测试方法

依据机械阻抗原理,提出一种有限元计算与实验测试相结合的方法,确定带滚珠丝杠副的直线导轨进给机构的动态特性参数.把进给机构分为三个子结构建立其动力学模型,利用有限元谐响应方法计算单个部件上测点之间的频响函数;通过实验测定装配后的结构上测点之间的传递函数;应用频响函数识别法求解进给机构在三个方向上的刚度和阻尼参数.将识别出...     

力传感器的动态重复性,线性度与性能改进的研究

提出了传感器的动态重复性与动态线性度的计算方法，介绍了用有源模拟滤波器改善力传感器动态性能的方法，包括力传感器动态数学模型、动态补偿模拟滤波的设计方法、力传感器动态模拟器及其电路、滤波器的电路、动态性能改善的实验结果。     

Review and assessment of interpolatory model order reduction methods for frequency response structural dynamics and acoustics problems

Frequency sweeps in structural dynamics, acoustics, and vibro‐acoustics require evaluating frequency response functions for a large number of frequencies. The brute force approach for performing these sweeps leads to the solution of a large number of large‐scale systems of equations. Several methods have been developed for alleviating this computational burden by approximating the frequency response functions. Among these, interpolatory model order reduction methods are perhaps the most successful. This paper reviews this family of approximation methods with particular attention to their applicability to specific classes of frequency response problems and their performance. It also includes novel aspects pertaining to the iterative solution of large‐scale systems of equations in the context of model order reduction and frequency sweeps. All reviewed computational methods are illustrated with realistic, large‐scale structural dynamic, acoustic, and vibro‐acoustic analyses in wide frequency bands. These highlight both the potential of these methods for reducing CPU time and their limitations. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effect of Eccentricity on a Clutch System Under a Harmonically Varying Normal Load

This paper describes a clutch model having eleven degrees of freedom and three types of nonlinearity introduced by dry friction, double-stage stiffness, and spline clearances. The Coulomb friction formulations and spline clearance functions are smoothed before they are applied to the nonlinear system. The calculation of the dynamic response of the clutch is done by the Runge Kutta method. The dynamic behavior of both a healthy clutch system and clutch system containing an eccentricity defect is compared in the time and frequency domains. The effects of a harmonically varying load on the dynamic response of the defective clutch system with nonlinear dry friction and under sinusoidal torque excitation are also reported.