基于结构阻尼的机械结合部动力学模型研究

机械结合部的阻尼由连接界面之间的相对滑动产生,为结构阻尼,因此提出了一种基于结构阻尼的结合部动力学模型。该模型通过刚度和结构阻尼对机械结合部进行等效,模拟结合部的动力学特性。为了对模型进行验证,设计了一组试验进行研究。首先利用DASP系统对试验件进行模态试验,得到模态参数和模态振型,然后根据模态试验数据识别机械结合部动力学参数。基于新模型的有限元复特征值分析结果与模态试验分析结果误差较小,表明结合部动力学模型在设置适宜的参数时,能够模拟机械结合部的动力学特性,验证了模型的可行性。     

基于有效三维损耗矩阵的复合材料层合板模态阻尼预测

为了在复合材料层合板阻尼分析中既考虑层合板厚度方向应力、应变对结构阻尼的贡献,又不增加厚度方向的单元数量,基于复合材料的有效三维阻尼矩阵预报理论,建立了新的高效复合材料结构模态阻尼的三维有限元预测方法。沿层合板厚度方向将原结构分成若干亚层,每一亚层包含若干单层。根据合成理论计算每一亚层的刚度矩阵、柔度矩阵和有效三维阻尼损耗矩阵。对亚层划分单元,进行结构的有限元模态分析。根据模态分析结果,利用有效三维阻尼矩阵求出各个模态对应的模态阻尼。利用该理论,分别计算了单向层合板、对称层合板以及厚板的结构模态阻尼。数值计算结果表明,该方法具有很好的适用性,其优点在于既考虑了板厚方向的阻尼贡献,又减少了厚度方向的单元数,提高了计算的准确性和效率。      

约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究

约束阻尼结构可在较宽的频带范围内抑制结构的振动,已在机械和交通等领域广泛应用。本文采用多输入多输出（MIMO）的锤击法,对一种约束阻尼板进行模态实验,参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼。通过模态实验和有限元结果的相互对比,验证了模态测试结果的可靠性。在此基础上,对敷设粘弹性阻尼的悬臂板结构进行了阻尼特性的研究,讨论了材料参数和结构参数对模态阻尼的影响,为结构的减振降噪及优化设计提供依据。     

阻尼压筋板的动态力学性能研究

本文对一种船用压筋板进行了粘弹性阻尼处理，通过有限元模拟计算了阻尼结构的模态参数，用试验模态分析的结果进行了验证，二者所得结果基本一致，并进一步用有限元分析预测了阻尼材料模量、处理厚度等变化对压筋板动态力学性能参数的影响，探讨了粘弹性阻尼材料抑制结构共振响应的有效性。     

约束阻尼结构阻尼效果的有限元预测方法研究

阻尼材料作为减振降噪方法在工程中应用很多,约束阻尼结构铺设阻尼材料后总阻尼因子的计算是一个很重要的问题,经典的含约束阻尼双层梁结构和三层梁结构的阻尼解析计算方法对复杂结构不适用,目前急需可靠实用的工程计算和设计方法。本文基于模态应变能给出了复杂结构的阻尼有限元计算方法,同时基于统计能量分析原理提出一种宽带激励下总阻尼效果的评价公式,以及基于该评价公式的有限元优化设计方法。通过对双层阻尼梁结构和含约束面板的三层阻尼梁结构的阻尼解析计算和有限元计算法预报对比,验证了有限元计算方法的正确性。依据阻尼效果评价公式对某约束阻尼平板的阻尼层和约束面板厚度进行了优化设计,并通过谐波响应分析验证了优化方法的正确性。本文基于ANSYS软件的分析方法可供工程中复杂结构阻尼设计参考。     

约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究

约束阻尼结构可在较宽的频带范围内抑制结构的振动,已在机械和交通等领域广泛应用。本文采用多输入多输出（MIMO）的锤击法,对一种约束阻尼板进行模态实验,参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼。通过模态实验和有限元结果的相互对比,验证了模态测试结果的可靠性。在此基础上,对敷设粘弹性阻尼的悬臂板结构进行了阻尼特性的研究,讨论了材料参数和结构参数对模态阻尼的影响,为结构的减振降噪及优化设计提供依据。     

一种新的求解有阻尼结构动态响应的实模态分析算法

求解有阻尼多自由度结构系统的振动微分方程,实模态分析法是得到广泛应用的一种有效方法。但随着对阻尼的深入研究,发现广泛采用的 Rayleigh 比例阻尼假设,往往不符合实际情况。但若采用非比例型的阻尼,用实模态矩阵变换结构振动微分方程时,往往不能使之完全解耦而进行求解。通常的处理方法,可将阻尼耦合项忽略,但这样有时会使计算结果的精度很差。或者转而用复模态求解,这又使方程自由度数增加一倍,计算量大增,且占用计算机内存过多,使计算难以在容量有限的小型机上进行。本文针对这一问题,提出一种新的求解方法。在实模态分析法的基础上,计入模态阻尼耦合项,对计算结果进行反复迭代修正,使其逐渐逼近精确解。本文方法经数学证明,在一定条件下收敛,且收敛条件易获满足,因而具有一定实用价值。     

约束阻尼层在输电塔风振控制中的应用

约束阻尼层是机械及航空工程中常用的阻尼减振方法之一。讨论了在1 000 kV特高压输电线路典型钢管塔应用约束阻尼层的风振控制问题。首先给出了粘弹性阻尼材料的基本力学特性和约束阻尼层的两种有限元建模方法。通过ANSYS对一简单约束阻尼层结构采用两种不同有限元模型进行数值仿真分析比较,给出了在ANSYS中准确模拟这类结构的途径。应用这一建模方法对钢管塔主材安装约束阻尼层后的减振效果进行了数值仿真。结果表明,在主材设置约束阻尼层后杆塔一阶纵向和一阶横向弯曲模态阻尼比均有较大提高,但扭转模态的模态阻尼比提高很少。时域风振分析表明,设置约束阻尼层后塔顶的顺风向加速度响应显著降低。最后从结构及阻尼层的模态应变能角度建议了阻尼材料及约束阻尼层设置部位的选取原则。     

粘弹性自由层阻尼管的有限元建模与试验研究

U型管是工业应用中的常见结构,也是振动破坏的多发部件.分析了局部黏附粘弹性沥青阻尼层U型管结构的动力特性.考虑弯曲成形过程中的厚度与截面形状变化,建立了自由层阻尼管的有限元精确模型,采用迭代法计算粘弹性结构的固有频率,进而采用模态应变能法,求得各阶模态附加的阻尼比.通过对有限元结果和试验结果的比较,验证所建立的有限元模型的正确性.最后,基于正交试验表,对阻尼层的粘贴宽度,厚度,位置等进行了试验研究,指出三种因素的对结构固有频率和阻尼比的影响,为复杂管道的减振设计提供了参考依据.     

基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法

基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。对此推广,又进一步对强迫振动条件下结构的损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析。由此,建立了一种分别根据自由振动模态和强迫振动响应对附加阻尼结构设计进行分析评价的方法。基于附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则,还给出了一个附加阻尼结构的迭代优化设计方法。通过对一个车身地板附加阻尼结构的计算分析,验证了提出的分析评价和优化设计方法的有效性。     

基于结构加速度误差最小化的声学预测模型修正

针对FEA（有限元分析）声学预测方法,提出了基于结构加速度响应误差最小化的声学预测模型修正方法。以模态迭加法为基础,结合模态应变能模态阻尼识别和频域载荷识别原理,重构了FEA声学预测模型,通过遗传算法优化结构损耗因子,使结构加速度响应计算值与实验值误差最小化,从而识别系统模态阻尼比及激励力,实现对声学预测模型参数的修正。将该方法与传统计算方法预测结果对比,结果表明：该方法可以精确识别系统模态阻尼和激励力,提高模型预测精度。     

船用柴油机机体组合结构模态分析方法

利用数值试验方法验证包括柴油机机座、机架、气缸体、扫气箱、空冷器等有限元模型简化的合理性。通过螺栓连接板件的模态试验验证有限元法模态分析中螺栓连接处理方法的可靠性。在此基础上建立包括以上各部件的某大型船用6缸柴油机机体组合结构有限元模型。通过对整体结构模态分析,找出整机刚度局部薄弱部位和整体固有振型。为大型船用柴油机设计人员在设计阶段,预报和预防整体结构振动提供一较为简便的方法。     

加筋板机械导纳分频段计算方法

提出一种新的加筋板机械导纳分频段计算方法,该方法可给出加筋板机械导纳的显式表达。根据不同频段内加强筋对平板振动特性的影响规律,将加筋板在低频段、中频段和高频段分别等效为各向异性板、各向同性板以及无限大板,从而获得加筋板分频段机械导纳显式表达式。以模态叠加法计算结果作为参照,对分频段方法获得的加筋板机械导纳结果进行比较检验;并进一步以L型加筋板为分析对象,对比分频段方法与有限元方法,计算结果显示:分频段计算方法所得结果与模态叠加法和有限元法计算结果虽然略有差别,但对于工程计算,其精度令人满意。分频段方法比模态叠加法和有限元法更为简洁快速,且具有频段划分清晰、可保留结构中低频段模态信息等优点,为后续简化分析更为复杂的加筋耦合结构振动特性提供了新途径。     

粘弹性阻尼层设计的模态联合方法与实验

针对粘弹性阻尼层的设计,讨论了粘弹性材料的本构关系和基于模态计算的阻尼设计方法。阐述了基于模态联合方法的设计计算原理,并用仿真算例和实验对该方法进行了验证,结果表明,作为一种应用粘弹性阻尼层进行结构表面减振降噪的设计方法,该种方法是可行的。     

基于弹性-黏弹性对应原理的复合材料层合板模态阻尼预测:理论及其有限元实现

提出一种利用通用有限元软件求解复合材料结构模态阻尼的有限元方法。该方法基于扩展弹性-黏弹性对应原理,定义出具有频率依存性的黏弹性复合材料复刚度矩阵,并借助ABAQUS提供的二次开发接口UMAT将其编入求解器中,结合复特征值法求解任意铺层层合板的模态阻尼。与已有的理论方法相比,本模型的计算结果更为接近实验数据。从而验证了本文提出的数值分析方法的有效性和精确性,为利用ABAQUS软件分析各向异性材料阻尼提供了一条有效途径。     

Optimal design and parameter estimation of frequency dependent viscoelastic laminated sandwich composite plates

Recent developments in optimization and parameter estimation of frequency dependent passive damping of sandwich structures with viscoelastic core are presented in this paper. A finite element model for anisotropic laminated plate structures with viscoelastic frequency dependent core and laminated anisotropic face layers has been formulated, using a mixed layerwise approach, by considering a higher order shear deformation theory (HSDT) to represent the displacement field of the viscoelastic core, and a first order shear deformation theory (FSDT) for the displacement fields of adjacent laminated face layers. The complex modulus approach is used for the viscoelastic material behaviour, and the dynamic problem is solved in the frequency domain, using viscoelastic material data for the core, assuming fractional derivative constitutive models. Constrained optimization of passive damping is conducted for the maximisation of modal loss factors, using the Feasible Arc Interior Point Algorithm (FAIPA). Identification of the frequency dependent material properties of the sandwich core is conducted by estimating the parameters that define the fractional derivative constitutive model. Optimal design and parameter estimation applications in sandwich structures are presented and discussed.     

充液管道开孔阻尼结构有限元分析

针对管道减振提出一种开孔阻尼结构,为分析此开孔阻尼结构的减振性能,采用模态应变能法,利用有限元软件ANSYS,并通过APDL语言编程,实现了弹性－粘弹性复合结构的近似动力学计算,为工程实际中粘弹阻尼结构的设计、分析提供一种简单可行的方法。采用此方法分析本文提出的开孔阻尼结构,得到一些有用的结论,可为类似充液管道的减振降噪提供有益借鉴。     

沉管隧道健康监测试验中传感器位置的优选

基于单节沉管隧道缩比模型在地震激励作用下的健康监测试验,借助商业有限元软件ANSYS对单节隧道缩比模型进行等代地震荷载下的平面应变分析和整体模态分析,得到传感器优化布置初选点.再利用遗传算法对初选点进行优化排序,得到传感器优化布置的最终方案.该方法与EFI法传感器优化布置结果吻合较好.该方法对于大型结构的传感器优化布局有一定的借鉴作用.     

基于应变模态响应重构的损伤识别方法EI北大核心CSCD

土木结构的损伤识别技术对提升结构可靠性与安全性具有重要意义,也是土木结构健康监测研究中的热点问题。现有的损伤识别方法往往需要识别模态参数,或者需要准确获取结构外部载荷信息,极大限制了相关方法在实际工程中的应用。为克服现有方法的局限性,该文将结构动态响应重构方法引入到损伤识别中,提出了基于应变模态响应重构的损伤识别方法。构建结构健康状态的有限元模型,以损伤结构测量的信号输入,通过基于经验模态分解的应变重构方法,可以获取使用无损伤模型的结构全局模态响应。以传感器采集的模态响应和重构模态响应的差异作为有限元模型修正的依据,通过应变模态比值构建的传递率的灵敏度矩阵进行迭代运算,求得损伤位置及损伤程度。该方法无需获取结构的外部激励信息,通过高效的时域应变重构,能够在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别。为验证该方法的准确性和高效性,开展了连续梁单一损伤和多损伤识别研究,探讨了测量噪声和模态阶次选取对识别结果的影响,结果表明,该方法能够准确、高效识别不同程度的损伤,对测量噪声具有较强的鲁棒性。     

海洋平台结构环境激励的实验模态分析

介绍了对位于渤海湾的“埕岛二号”中心生活平台所进行的现场测试实验,该平台为直立式导管架钢结构平台。此次现场实验是在波浪力、风等环境载荷激励下测试结构动力响应的。利用频域的模态识别法峰值法(PP)和时域中的自然激励法(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)分别对海洋平台结构现场测试的动力响应数据进行模态参数识别;利用ANSYS建立了该平台结构的三维有限元模型,并进行结构的模态分析。海洋平台结构的理论和实验模态分析结果吻合较好,分析结果表明该类模态参数识别方法能够为结构损伤诊断提供基准模型,可以运用于实际结构的健康监测以及维护维修。