对接圆柱壳结构模态特性分析

对接圆柱壳结构在航空航天、船舶、土木和机械等工程领域得到广泛应用,对其模态特性的分析是研究其动力学特性的重要方向.本文简要介绍了模态分析技术和最小二乘复频域法(PolyMAX)的基本原理,并对对接圆柱壳结构进行了计算模态分析和实验模态分析.实验模态分析过程中,针对自由边界的实验实现、分析结果的正确性进行了讨论,并将实验结果与计算模态分析结果进行对比,对比结果表明：对接圆柱壳结构具有圆柱壳结构一般振动特性的同时,由于对接形式的存在出现了以法兰面为分界的非对称振动.     

周期载荷下电活性聚合物圆柱壳的动力响应

基于非线性动力学理论研究了不可压电活性聚合物圆柱壳在内表面周期载荷作用下的运动与破坏等动力响应问题.通过对所得描述圆柱壳内表面运动的非线性常微分方程的数值计算和动力学定性分析,发现存在临界载荷和临界电压;当周期载荷的平均载荷值小于临界载荷及外加电压小于临界电压时,圆柱壳的运动随时间的演化是拟周期性的非线性振动.反之,圆柱壳将被破坏.讨论了外加电场和载荷参数对临界值和圆柱壳运动特性的影响.     

基于声辐射模态的作动器对称位置的研究

在汽车噪声优化控制领域中,作动器位置布置会影响噪声控制效果。以简支板为例,根据声辐射模态的解耦主动控制的控制方法已经取得了良好的降噪效果,但作动器的不同对称位置布置对降噪产生的效果以及所需电压值是不同的。提出将分别对前四阶声辐射模态建立电压模型,对前八阶声辐射模态建立声功率模型,通过在MATLAB上进行仿真,结果确定能使所需电压最小,控制效果最好的理想降噪对称位置。     

控制模态转移型系统的稳定切换

离散事件决策子系统和数值反馈子系统合成的混合控制系统呈现出复杂的稳定动态 特性.研究了在达到模态切换周期的控制规则下,相应的系统连续状态轨迹的平稳性.给出了具 有较少约束的李雅谱诺夫型判据,不要求全局一致的李雅谱诺夫函数,不要求每个模态下的能 量函数单调递减.     

Halo轨道编队保持控制方法及仿真分析

开发深空探测,研究对近地建立空间站.针对地月L1点空间站与绕飞航天器的构型保持控制问题,共线平动点附近的运动具有较强的不稳定性,太阳引力摄动对Halo轨道编队构型具有较大的影响.为实现Halo轨道编队的稳定飞行,根据Floquet模态理论设计了Halo轨道编队保持控制器,在分析消除模态4最优控制策略的基础上,研究了Fioquet模态之间的内在耦合关系,进一步提出了模态相消控制策略,降低了保持控制燃耗.在限制四体模型下,对太阳引力摄动下的Halo轨道编队保持控制问题进行了数值仿真,仿真结果表明:保持控制器可实现Halo轨道编队相对运动构型保持,且具有较高的控制精度,不存在误差积累现象.     

含间隙弹簧振动系统的非线性模态特性

针对含间隙的两自由度弹簧-质量分段振动系统的非线性模态开展了研究.首先,解析确定了分段保守自治系统发生同相和反相模态运动的初始位移,并采用加权平均方法确定了分段振动系统的模态频率,及其在位形空间模态曲线.然后,采用数值方法求解了系统的非线性模态曲线和模态频率,与本文获得的解析模态频率比较,说明本文的结果较等效模态频率有更好的精度.研究结果表明:在一定的参数条件下,系统的非线性模态个数会高于系统的自由度数目,系统可能发生内共振,而产生多余模态.多余模态运动是两振子同向振动中含有异向振动,说明多余模态是在同相模态运动和反相模态运动之间转换的模态.     

功能梯度三相复合材料圆柱壳固有振动特性分析

本文以一种石墨烯与碳纤维协同增强三相复合材料圆柱壳为研究对象,研究了在任意边界条件下该新型功能梯度三相复合材料圆柱壳的自由振动特性.首先,基于一阶剪切变形理论、Von Karman几何非线性关系和Hamilton原理,推导了三相复合材料圆柱壳结构运动控制方程.然后,应用Galerkin法离散求解三相复合材料圆柱壳的固有频率和模态振型.最后通过将本文方法与Abaqus仿真结果进行对比,验证了本文方法的准确性.此外,本文进一步分析了石墨烯质量分数、功能梯度形式和边界条件等不同因素对新型三相复合材料圆柱壳固有振动特性的影响.     

薄壁圆柱壳的高阶模态振动特性研究

采用解析法研究了不同边界条件下薄壁圆柱壳的高阶模态振动特性.首先基于Love壳体理论,在简支-简支、固支-固支和固支-自由三种边界条件下,通过伽辽金法建立了动力学模型,对模态特性进行求解,得到了高阶固有频率和三维模态振型,并通过文献和有限元法进行了比较.算例结果表明,两端简支边界条件下采用解析法得到的固有频率误差值不超过2%,当周向波数较小时固有频率先减小后增加,在高阶时的固有频率逐渐升高,当轴向半波数增加时固有频率明显增大,通过解析法、文献和有限元法得到的三维模态振型相吻合.     

基于MSC Nastran的水下环肋圆柱壳体振动模态计算方法

介绍应用MSC Nastran进行水下振动模态的计算方法.着重介绍虚拟质量法,壳体、环向加强筋、楔环联结方式的有限元建模简化方法以及集中载荷的有限元加载处理方法. 通过对比计算结果与试验结果,验证应用MSC Nastran计算水下模态工程上的可行性.     

可控性差的空间密集模态结构的振幅最优控制

研究可控性差的空间密集模态结构的控制问题,提出了一种最优控制方案,在适当配 置系统极点的同时,优化可控性差的模态的振幅.目标函数的寻优采用具有全局搜索能力的遗 传算法.为适应不确知的初始状态,也提出一种模型参考自适应机制,用来在线跟踪振幅最优控 制,自适应控制系统的稳定性得到证明.仿真结果表明了所提出控制方法的有效性.     

磁约束阻尼悬臂壳的轴对称振动分析

提出了一种新型有效的方法来降低悬臂壳的轴对称振动．该方法的原理是在约束层端部上及固定端分别设置引力排列的永磁体,振动时磁体间的动态磁力可使阻尼层获得比传统约束阻尼处理方法更高的剪应变,阻尼层耗能增加,从而降低结构的共振峰．从夹层单元微元体受力分析出发,建立了局部磁约束悬臂壳的轴对称振动分析模型,得到分别用约束层纵向位移u30、积分常数c和径向位移w表示的夹层壳体单元的纵向和周向力平衡方程．在此模型中,考虑了振动时因u30引起动态磁力的变化,使得此模型能描述MCLD结构的动态及阻尼性能．此外,通过比较MCLD处理与传统的约束阻尼处理对磁约束悬臂壳的轴对称振动的控制效果,分析表明：磁约束处理可同时控制悬臂壳前几阶模态的振动．     

主动约束层阻尼梁有限元建模与动态特性研究

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼梁的有限元动力学模型．结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移反馈,研究了主动约束层阻尼梁的闭环控制特性．求解了主动约束层阻尼简支梁的动态特性如固有频率、模态损耗因子及频率响应特性等．对被动控制、主动控制和主被动混合控制的控制效果进行了分析比较．研究了粘弹性层与约束层厚度等参数对减振控制效果的影响．     

基于等效模态阻尼的复合隔振系统振动计算方法

基于线性黏弹性假设,将应变能阻尼理论推广到复合隔振系统的等效模态阻尼计算中,运用Python和Abaqus编制相应的计算程序,该程序可考虑材料阻尼的频变特性。以多种材料组成的船舶双层复合隔振系统为算例,计算其等效模态阻尼和隔振器等效阻尼系数。分别采用直接积分法和模态叠加法计算系统振动响应,对比设备、筏架、船底壳的振动加速度响应,验证基于等效模态阻尼的模态叠加法的准确性。结果表明,该方法可以准确计算复杂组合模型的模态阻尼,算例的振动响应计算结果一致性较好,用模态叠加法可以大幅提高复合隔振系统稳态振动响应的计算效率。     

Study on energy dissipation pattern in vibrating fluid filled cylindrical shells with a constrained viscoelastic layer

The modal strain energy method is used to study the energy dissipation pattern in vibrating cylindrical shells with a viscoelastic damping layer, for various circumferential and axial modes. The effect of tank size, boundary condition and height of contained fluid on the distribution pattern is also investigated. The regions of energy dissipation concentration are identified. The effect of redistribution of the (initially uniformly distributed) constrained viscoelastic material by concentrating it in the above regions is studied.     

一种全新的硅微阵列陀螺仪

介绍了一种全新的硅微阵列陀螺仪的结构设计、模态仿真、电路闭环控制、数据融合方法和相关的的实验结果。基于热弹性阻尼理论的数值仿真,利用结构解耦的方法设计了硅微阵列陀螺仪的四质量块结构。利用ANSYS软件对硅微阵列陀螺仪的驱动模态和检测模态进行了仿真,仿真结果表明：硅微阵列陀螺仪共有四种不同的工作模态。根据静电力反馈原理,设计了基于数字锁相控制和数字闭环控制方法的控制电路。电路测试结构表明硅微阵列陀螺仪驱动模态的振动幅值的相对稳定性可以达到9×10-5。分析了硅微阵列陀螺仪的随机漂移特性,建立了漂移误差模型,并设计了卡尔曼滤波器以获取硅微阵列陀螺仪的随机漂移的最优估计。利用多传感器信息融合算法,硅微阵列陀螺仪的零偏稳定性可以提高10倍。     

Free vibration analysis of circular cylindrical shells

Determination of the vibrational characteristics of circular cylindrical shells often requires significant computational effort. This paper presents the results of a comprehensive, computer based, numerical investigation of the free vibration of circular cylindrical shells. An analytical procedure which accurately predicts the natural frequencies and radial mode shapes (corresponding to axial wave number and circumferential wave number both equal to one) for a wide range of circular cylindrical shells is developed. The procedure is applicable to shells either with or without a top closure. Several numerical examples are presented which illustrate application of the procedure and verify its accuracy.     

带球形底的圆柱容器中液体小幅晃动的实验研究和有限元分析

晃动阻尼比的计算一直是航天器控制系统建模中很难把握的问题,本文进行了带球形底的圆柱容器中液体小幅晃动模态的固有频率和阻尼的实验研究,并将其与作者提出的有限元计算得到的结果进行了对比分析．频率的计算值与实验值吻合得很好,按洁净液面情况算得的阻尼值比实验值偏小．如果将液面污染耗散带来的阻尼乘以一定的因子引入阻尼的计算,则可得到与实验结果接近的阻尼计算值．这种形状容器在卫星上常用,本文结果对工程具有很好的指导意义．     

柔性智能结构的振动主动控制仿真和实验研究

基于模态坐标表示的含压电片结构横向振动系统方程,采用独立模态法直接针对系统的高阶模型设计控制律,利用劳斯判据证明由所设计的控制器引起的控制溢出可被有效抑制,极大地降低了由于模型降阶引起的误差。同时,对压电柔性悬臂梁的高阶振动模态进行主动控制仿真模拟和实验研究,结果表明施加主动控制后柔性悬臂梁的模态阻尼显著提高,受控悬臂梁的振动得到了快速抑制。仿真计算和实验结果取得了良好的一致性。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种高效的振动主动控制方法,在航天航空等领域中     

环型桁架卫星天线的非线性动力学分析

我国航天工业迫切需要掌握可入轨后展开的大型网架式空间结构技术,而环形桁架可展天线具有应用空间大、结构形式简明的特点,是目前大型卫星天线较为理想的结构形式~([1-3]).本文基于Zhang et al建立的环形天线模型为研究对象并在此基础上建立了天线振动时的非线性常微分运动方程,运用matlab数值模拟方法研究了热激励对系统非线性动力学行为的影响.