一种利用子结构综合技术的模型修正方法

提出了基于改进自由界面子结构模态综合法的结构模型修正方法。首先给出了一种改进的自由界面子结构模态综合法,该方法通过构造一组与系统低阶模态加权正交的向量集,有效地解决了含有刚体模态时系统剩余柔度矩阵的求解问题。然后利用摄动法对每个子结构进行摄动,并计算灵敏度,通过子结构综合技术得到由摄动量表示的综合系统方程和灵敏度方程,给出了基于灵敏度分析的修正计算方法。该方法仅需对综合方程进行修正,极大的减缩了待修正问题的计算规模,提高了修正效率。最后,以典型数值算例验证了该方法的有效性。     

基于虚拟单元的模态综合法

针对实验模态综合法中存在的界面对接信息不足问题,提出了具有高刚度低质量特性的虚拟单元概念,给出了其数学意义上的存在性条件,并通过参数优化方法得到了力学意义上的虚拟单元.引入虚拟单元以后,基于定频剩余动柔度的概念给出了实验模型和有限元模型的混合建模方法.数值计算表明,经过参数优化以后的虚拟单元可用于实验模态综合,综合的精度较传统的模态综合法有所下降,然而虚拟单元的意义在于给子结构之间提供更多的对接信息,有助于增加实验模态综合的可靠性.     

一种基于子结构界面动刚度的模态综合法

针对传统模态综合法中由于高阶截断模态带来的计算误差问题,本文将子结构界面动刚度进行级数展开,用子结构的固定界面主模态表示,并利用位移协调和力平衡条件对子结构界面动刚度进行模态综合,发展了一种新的模态综合方法。该方法保留了截断模态高阶项的贡献,界面力高阶平衡条件的利用减少了界面自由度的引入。推导过程不必引入质量矩阵为对角块的假设,比现有改进方法更具普适性。数值算例的结果表明在相同自由度的前提下,本文提出的方法能获得更高的模态综合精度。     

模态综合的交叉子结构方法

提出了一种称作“交叉综合法”的模态综合模型，在这种模型中，子结构的划分是彼此交叉重全的。在模态综合时，没有界面模式，全部以子结构的截尾构造基函数，以能量最小作为子结构的连接条件，用Rayleigh-Ritz法进行综合。由于全部采用了模态函数，可望达到较好的综合效果，本方法进行了几个例子的考证，并已将这种模型应用于复杂水工结构的模态分析。     

混合空间复模态综合法在局部非线性问题中的应用

提出了一种针对含有局部非线性特性的一般黏性阻尼系统的混合空间复模态子结构模态综合法。首先根据局部非线性结构的特点,将其分为线性子结构与非线性子结构。然后,将线性子结构转换到状态空间中,通过解得的复模态对其进行模型减缩;在减缩过程中,构造了一组与系统低阶模态加权正交的假设高阶模态集使得在求解剩余柔度矩阵时避免了对系统矩阵直接求逆的过程。非线性子结构依然保留在物理空间中,通过子结构之间的界面协调关系将非线性子结构与减缩后的线性子结构进行综合。为了可以通过直接积分法对其进行动响应分析,将得到的二阶微分方程再次转换为一阶微分方程。最后,通过典型数值算例对本文方法的有效性进行了验证。     

半柔性悬挂结构分析的子结构模态法

针对一种半柔性悬挂减振结构提出其简化计算方法。根据这种结构的特点,将柔性悬挂层作为连接子结构,应用子结构模态综合法分析结构动力特性,得到结构的简化运动方程;分析了柔性层与悬挂楼面层间刚度比和综合模态数对结构简化计算精度的影响;提出了确定参与综合模态数的选取方法;基于模态综合法进行了算例的时程分析对比。结果表明:采用合理的子结构模态法减少了参与结构分析的自由度数目;综合模态数对结构计算精度的影响更显著。子结构模态法具有应用方便、计算精度高的特点,完全可以满足工程分析的需要。     

滞后阻尼结构的复模态综合技术及其界面自由度的减缩

本文在Craig固定界面模态综合法基础上提出了一个针对滞后阻尼结构的复模态综合方法。算例说明该方法不仅在频率上,而且在振型上都具有较好的精度。本文还探讨了综合自由度的进一步减缩。     

求解动态子结构的大质量界面虚拟激励法

为提高大型结构随机激励的计算效率,解决不同类型组合结构的动力求解问题,提出一种动态子结构求解方法。在各子结构界面的质量矩阵上分别附加大质量单元,并直接在大质量单元上施加两次不同幅值的虚拟激励荷载,确保相邻子结构界面上的加速度响应协调;根据不同子结构界面上的内力平衡条件和线性关系建立界面力平衡方程组,求解出能够保证各子结构之间加速度响应和内力同时协调平衡的虚拟激励荷载幅值;通过求出的虚拟激励荷载分别计算各子结构的真实响应。该方法与传统的模态综合法相比,避免了模态坐标和物理坐标的反复转换,并能直接考虑子结构的高频特性;与机械导纳法相比,减小了综合方程规模,求解更为简便,并适用于外荷载激励和地震下基础加速度激励同时输入的情况。最后通过不同类型的仿真算例验证了该方法的正确性。     

汽轮机焊接叶片组的振动计算

本文采用改进的自由界面模态综合法计算汽轮机叶片组的固有振动。对于一个多子结构系统的联接,讨论了自由度减缩后的子结构运动方程和界面位移协调方程的拼装规则。分别用有限元结构分析程序SAPV和模态综合法计算了形状简单的叶片组模型的振动。算例表明,用模态综合法计算叶片组的振动是一个十分有效的方法,它精确度高,可以大大节省机时。文章最后计算了工业汽轮机组H～255的首级叶片叶片组的振动特性。     

混合子结构模态综合法建立轿车动力学模型

采用包含软子结构的间接对接的混合界面子结构模态综合法，建立了整车系统非线性动力学模型。用所建模型对汽车振动特性进行数值仿真，并通过试验对仿真结果进行验证。     

基于广义模态截断扩增方法的结构频响拓扑变量灵敏度分析

基于结构拓扑优化设计中的变密度法,采用伴随法推导结构在简谐激励下的频响振幅对单元设计变量的解析灵敏度列式。针对灵敏度数值求解中传统模态位移法引发的低精度问题,通过引入计算成本较低的广义模态截断扩增方法提升灵敏度的计算精度。数值算例将该文方法与全局有限差分法和其他灵敏度计算方法进行了比较。结果证明了该文方法在不同的激励频率及有限元网格密度下高效求解高精度灵敏度的有效性。     

基于X-SBFEM的裂纹体非网格重剖分耦合模型研究

扩展有限元法利用了非网格重剖分技术,但需要基于裂尖解析解构造复杂的插值基函数,计算精度受网格疏密和插值基函数等因素影响。比例边界有限元法则在求解无限域和裂尖奇异性问题优势明显,两者衔接于有限元法理论内,可建立一种结合二者优势的断裂耦合数值模型。该文从虚功原理出发,利用位移协调与力平衡机制,提出了一种断裂计算的新方法X-SBFEM,达到了扩展有限元模拟裂纹主体、比例边界有限元模拟裂尖的目的。在数值算例中,通过边裂纹和混合型裂纹的应力强度因子计算,并与理论解对比,验证了该方法的准确性和有效性。     

地下结构整体式反应位移法的改进

整体式反应位移法是目前常用的地下结构抗震实用分析方法,但在求解等效输入地震荷载的过程中,需对自由场土层模型中土-结构交界面所包围的所有土体单元施加自由场惯性力,处理过程相对复杂。该文基于有限元离散模型,从理论上证明了整体式反应位移法中由结构周边应力引起的等效地震荷载可通过仅由一层土体单元构成的子结构模型的一次静力分析获得,由此提出了一种基于土体内部子结构的地下结构整体式反应位移法,即改进方法一;进一步论证了改进方法一中内部土体子结构的惯性力对等效地震荷载的影响可以忽略,在此基础上提出地下结构整体式反应位移法的改进方法二,该方法避免了土层介质自由场惯性力的计算与施加,从而有效简化了整体式反应位移法的实施流程。通过与传统整体式反应位移法的对比分析,验证了该文改进方法具有良好的计算精度,可用于地铁车站、地下隧道等地下结构的地震反应分析与抗震性能研究。     

基于谱元法的裂Lamb纹梁波传播特性研究

首次提出用一种无质量弹簧元来模拟含横向裂纹梁的轴弯耦合效应,并结合谱元法分析含裂纹梁内Lamb波的传播特性.由卡氏定理和断裂力学方法推导弹簧元的刚度,以此构建裂纹处的平衡条件和位移协调条件,建立损伤谱元模型.通过和传统的有限元模型进行比较,表明在显著提高计算效率的同时,所提出模型在分析结构固有特性和Lamb波传播特性上都具有较高的精度.在所提出模型的基础上又推导出基于谱元法的能量计算公式,通过裂纹处的能量守恒再次验证损伤模型的正确性和有效性,同时研究结果表明裂纹处转化生成的Lamb 波各模态能量随裂纹深度的变化具有单调性,该结论可以为结构健康监测中定量识别裂纹提供实用依据.     

某无人直升机机身框架动力学计算与试验研究

建立某无人直升机机身框架的动力学有限元模型,计算得到前六阶固有频率和振型,与模态试验结果相比较,误差小于3 %,验证了有限元模型的正确性,表明该有限元模型能准确地反映该无人直升机框架的结构动力学特性。有限元计算的机身框架固有频率值避开了旋翼、尾桨、发动机主通过频率值,满足动力学设计要求。这种有限元计算、试验验证以及模型修改相结合的动力学分析方法,能保证框架固有特性计算的精确,也为无人直升机其它结构的动力学建模提供借鉴。     

基于空间位形的在役索膜结构有限元模型修正与安全评估

索膜结构的内力分布与空间位形相互关联,受施工阶段的几何找形与服役阶段的结构损伤、性能退化等影响,在役索膜结构的实际位形与设计状态有所差异,结构的服役性态未知,工程上的安全评估难以操作且并无可靠方法借鉴。该文提出了一种基于空间位形指标的在役索膜结构有限元模型修正方法,以模型中拉索的初始预应力作为优化参数、以结构关键节点坐标的匹配作为模型修正目标函数,通过构建基于结构特征点空间位置信息的目标函数来反映有限元模型与实际结构的吻合度,设计ABAQUS与MATLAB联合仿真优化程序,利用全局搜索和局部优化实现模型修正。现场试验采用三维激光扫描获取在役索膜结构空间位形信息,基于实测数据对有限元模型进行修正。修正后模型与实际结构受力状况更为接近,与索力的实测结果对比表明,有限元模型的索力由修正前最大偏差10%~30%降低至10%以下,验证了方法的有效性与准确度。利用修正后的有限元模型实现了在役索膜结构的安全评估。     

地铁铝合金车体动态特性动态子结构分析方法

地铁车辆尺寸大、结构复杂,车体结构的局部修改会导致有限元建模过程的大量返工并需要对分析过程重新计算。根据铝合金地铁车体模块化制造的特点,利用动态子结构方法完成车体计算模型的构建和动态特性的计算,并与一般有限元分析过程进行比较。结果表明,动态子结构方法不仅能够实现计算模型的快速建立而且能够保证良好的求解精度。     

基于经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法研究

大型工程结构自由度数量巨大,采用现有基于全局有限元模型的时域方法重构此类结构动力响应效率低、计算难度大,因此,提出一种结合经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法.基于模态综合法,将有限元全模型适当划分为多个子结构,通过坐标转换,得到自由度数目更少的超单元模型,结合带有间歇准则的经验模态分解法进行重构.由于该方法无需考...     

基于重复子结构的缝合式夹芯板动态特性计算

根据复合材料具有可重复单胞的特征,提出一种基于重复子结构的缝合式夹芯板动力学建模方法。利用复合材料精细化单胞有限元模型构造初始子结构和残余结构,通过空间位置关系映射得到重复子结构,将所有子结构组装到残余结构上,实现复合材料重复子结构动力学建模及分析。以缝合式夹芯板为例,对其进行重复子结构建模及动态特性分析,并与精细化实体有限元模型进行对比,验证方法的计算精度和效率。研究了初始子结构外部节点选取、残余结构位置选取、初始子结构尺寸选取对重复子结构建模及分析结果的影响。结果表明:针对具有重复性单胞的缝合式夹芯板结构,利用重复子结构进行动力学建模,残余结构的选取具有不唯一性,且初始子结构外部节点数量越多,重复映射过程越少,计算精度和计算效率越高;当初始子结构外部节点选取比例为50%时,相比较复合材料结构的精细化建模方法,可以提高结构动态分析效率。      

超高层建筑地震反应中高阶振型影响分析

建立了上海中心大厦的三维精细化有限元模型,针对上海地区场地类别选用了7条地震波作为水平输入,采用振型叠加的时程分析法计算了结构地震反应。通过对不同数量振型组合计算所得结构反应的比较分析了上海中心大厦地震反应中高阶振型的影响,结果表明:高阶振型对上海中心大厦结构的最大水平位移和最大层间位移角影响不大,对结构地震内力的影响不容忽视,为研究超高层建筑结构抗震设计中振型组合数目的选取提供了参考依据。