扭转模态导波检测管道纵向缺陷的数值模拟

为了评价超声扭转模态导波对管道纵向缺陷的检测能力,采用有限元方法进行了数值模拟研究.建立了带有纵向缺陷的管道有限元模型,激励和接收了扭转模态的T(0,1)导波,获得了缺陷长度与反射系数之间的关系曲线和回波信号在管道圆周方向的分布规律,并提出了采用T(0,1)模态导波检测时,对纵向缺陷进行周向和纵向定位的方法.结果表明,32.6 kHz的T(0,1)模态导波对管道上的纵向缺陷比较敏感,在缺陷所对应的圆周位置上,导波的回波幅度最大,而且,纵向缺陷对T(0,1)模态导波的反射系数呈单调增大、然后减小的趋势.     

钢绞线中纵向模态传播特性的实验研究

为了对钢绞线进行缺陷检测和应力测量,研究了超声导波纵向模态在钢绞线中的传播特性.首先对钢绞线不同钢丝中纵向模态的频散和多模态等特性进行了理论分析.然后在理论指导下,在长15 m且标称直径17.80 mm的7芯钢铰线、单根外围钢丝和中心钢丝中,分别进行了纵向模态的激励接收实验.确定在自由钢绞线中纵向模态主要在外围钢丝中传播.在频段0～400kHz部分频率下,最低阶纵向模态L(0,1)在钢绞线、外围钢丝和中心钢丝中得到的传播速度与理论值较为吻合.     

板中孔状缺陷的超声导波检测试验研究

为了实现对板类结构的主动健康监测,采用附着在结构上的压电陶瓷晶片激励和接收导波模态,选取合适模态用于板中缺陷的识别和评估.理论分析结果表明,在低频范围内,相对于A0模态,以面内位移为主、频散小的S0模态更适合于铝板的缺陷检测.利用直径11 mm,厚0.4 mm的压电陶瓷晶片在1 mm厚的铝板上激励和接收得到适合缺陷检测的频率300 kHz的S0模态.在此基础上,在铝板中加工一孔状缺陷,分析了S0模态的缺陷检测能力,并进一步研究了缺陷直径对接收到的导波信号幅度的影响.实验结果表明,利用一发一收法得到的Lamb波模态可以用于铝板中的缺陷检测,并且缺陷回波的幅度可实现对缺陷大小的表征.     

基于ATILA的宽带超磁致伸缩纵振换能器设计

针对常用的水声换能器分析软件无法直接计算稀土超磁致伸缩换能器的问题,利用ATILA有限元软件的超磁致伸缩材料模块,直接在软件中建立模型并计算,设计了一个低频、宽带、大功率的超磁致伸缩纵振式换能器,并分析了换能器空气中的振动模态、阻抗特性及水中的发射性能.制作的换能器样机纵向振动谐振频率和前盖板弯曲振动谐振频率分别为2.5 kHz和6.6 kHz,在2～7 kHz的频带范围内,声源级不低于190 dB.同时将仿真结果与测试结果进行了比较,结果表明ATILA有限元软件的计算结果与换能器的测试结果吻合较好.     

弹性板中低阶导波模态声弹性效应分析

针对当前板类结构应力检测方法的不足,提出一种基于非线性声弹性效应检测应力的方法.该方法利用声弹性运动方程和Rayleigh-Lamb频率方程,绘制了4 mm Q235钢板中S0、A0与SH0模态的频散曲线与波结构图,并对不同激励频率下上述模态的群速度相对变化率进行了理论计算与有限元模拟仿真.结果表明:S0模态的声弹性效应较A0模态与SH0模态更敏感,且声弹性效应最敏感的激励频率为频散较弱的90～150 kHz;声弹性效应与所激励模态的波结构有关,沿应力方向面内位移越大声弹性效应越显著.     

重型载货汽车车架结构模态分析

有限元模态分析方法是辨识车辆结构动态性能的一种有效手段,所以为得到重型载货汽车车架结构的动态特性,本文以板壳单元为基本单元,建立了车架结构有限元模态分析模型,并采用NASTRAN有限元分析软件,计算了该车架在自由状态下的模态参数.同时,分析了载货汽车车轮和传动轴的不平衡质量产生的激励,并对车架的结构动态性能进行了评估.结果表明,在不同的行驶速度下,车轮和传动轴不平衡质量激励频率与车架的一阶扭转振动频率、倍频、一阶横向弯曲振动频率及车架11～18阶振动频率接近,使车架易产生共振现象.该研究为进一步改进车架结构提供了理论依据.     

两点同侧激励在模态分析中的应用

为了准确识别一阶弯曲模态和一阶扭转模态,提出利用两点激励法计算的频响函数去判别模态的一阶弯曲频率和一阶扭转频率.以某甘蔗机的车架为例,利用3种激励方式对其进行仿真研究,由计算结果可知:相对于另2种方式计算的结果,两点同侧激励法计算的频响函数效果更好,从而提供了一种准确识别一阶弯曲和扭转模态的方法.     

石英音叉陀螺振动特性有限元仿真

石英音叉陀螺是一种新型的振动陀螺.在设计阶段必须对其性能进行分析仿真,以便为微型石英陀螺的设计提供依据,缩短开发周期.利用耦合场有限元对石英音叉陀螺的振动特性进行了仿真,确定了最佳激励信号频率和影响陀螺灵敏度的因素,并且给出了调节驱动模态与检测模态的频率差值的方法.     

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.     

汽车油箱流-固耦合模态及对外辐射噪声的仿真分析

以某款SUV车用油箱为研究对象,采用流-固耦合有限元和边界元分析方法,在Virtual.Lab仿真平台上分别对油箱的干模态、湿模态以及装满燃油时的流-固耦合模态进行仿真计算,得到3种情况下的油箱模态频率变化规律,并给油箱施加一定频率范围的激励力,研究其对外辐射噪声水平。结果表明,油箱干模态和湿模态的频率相差不大,而装入燃油后油箱的耦合模态频率大幅降低,油箱对外辐射噪声的高频成分得到很大衰减,但低频噪声成分有所增加。     

某汽车白车身模态分析

采用Hypermesh软件建立了某汽车白车身有限元模型,并对该有限元模型进行了自由模态分析,得到了白车身的各阶模态频率和模态特性.对模态分析结果与汽车内外部的激励源频率特性进行了较为详细的分析,为该车的动态特性改进设计提供参考.     

空间碎片充气展开防护结构的模态分析

为解决目前机械式展开防护屏存在的固有问题,提出了一种新型可充气展开防护结构,并研究了该充气展开防护结构的动力学特性.对充气展开防护结构频率的影响因素进行了理论分析,通过有限元软件ANSYS进行了防护结构的模态分析,并研究了支撑管结构参数对防护结构动态特性的影响,得到了充气管直径以及充气管壁厚度等尺寸参数对充气结构模态的影响规律.分析结果表明,理论分析与模拟结果相一致,并且充气支撑管的直径和厚度对防护结构的模态有着重要影响.     

复合管道轴对称导波改进半解析有限元建模

针对层状复合管道经典半解析有限元(SAFE)模型无法直接区分纵向模态导波和扭转模态导波的问题,在SAFE基本原理基础上结合纵向模态导波和扭转模态导波的力学特性,分别建立纵向模态导波和扭转模态导波的SAFE模型.该模型实现了纵向模态导波和扭转模态导波的单独计算,避免了复杂的导波模态区分过程,减少了SAFE模型的计算工作量,提高了计算效率.通过与基于全局矩阵法原理的PCdisp软件的计算结果比较,证明该SAFE模型具有良好的计算精度.利用所建的SAFE模型计算了环氧树脂钢管中纵向模态导波和扭转模态导波的传播特性.     

螺栓连接的板类结构固有特性分析

以螺栓连接的板类结构为研究对象,基于ANSYS有限元分析软件,建立了螺栓连接板类结构的有限元模型,采用基于接触的预应力模态法分析系统的固有特性,并通过与文献模态实验结果以及冲击激励下系统自由振动响应对比,验证了所获得固有频率的准确性;进而分析了不同预紧力下板厚、螺栓尺寸、连接板的搭接长度对系统固有特性的影响;最后探究了采用区域粘结法(在接触区域内接触面和目标面采用共节点处理)和预应力模态法求解系统固有特性之间的关系。研究结果表明：板厚及螺栓尺寸均对系统的弯曲和扭转频率影响较大,连接件搭接长度增加,系统的固有频率增大;在大预紧力情况下,可通过静接触分析求得接触半径,采用区域粘结法对接触半径区域内对应的节点进行共节点处理,计算得到的系统固有频率与预应力模态法得到的结果吻合较好。     

超声导波管道缺陷检测数值模拟

介绍了超声导波检测技术的研究意义、发展现状、导波检测的基本原理和激励频率的确定。应用ANSYS有限元分析程序建立管道模型,删除模型中部部分单元模拟切槽缺陷,施加端部激励载荷产生L（0,2）和T（0,1）模态导波,模拟超声导波的传播及遇到缺陷的反射回波情况,通过对接收信号的分析,较为准确地定位了缺陷位置。     

高填方桥台病害分析及钢花管注浆技术应用

总结了高桥台锥坡变形的破坏模式,分析了钢花管注浆技术加固路基的机理,提出了采用该技术进行治理的对策,并详细介绍其施工工艺,实践证明钢花管注浆技术是路基加固和桥台锥坡变形治理中的有效方法.     

不同水深环境下桥梁群桩基础动力特性

强烈地震作用下,水与群桩基础的互相作用问题一直没有得到很好解决.本文使用结构自由振动衰减力锤激励的方法对深水桥梁群桩基础考虑水影响下的动力特性进行了有益的探索与研究.以某深水桥梁群桩基础为工程背景,设计制作试验水池及缩尺比为1/30的九桩模型,介绍了在不同水深环境下进行模态试验的方法;同时利用有限元分析软件ADINA建立了水-结构相互耦合作用的三维实体有限元模型,对其动力特性进行了理论分析.通过比较不同水深环境下结构振动一阶侧弯与扭转阵型的试验与理论分析结果,验证了本文针对群桩基础结构模型所用的自由振动衰减模态试验方法是成功的;在考虑水-结构相互耦合作用后,结构的振型周期延长,频率减小;随着水深增加,结构频率变化越大.     

梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性

为表征梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性,建立实体单元有限元模型进行桁架模态仿真,提出基于仿真结果采用模态应变能阻尼模型计算结构阻尼损耗因子的方法;此外,为提高模态分析效率,引入梁等效理论建立等效分析方法.仿真及等效分析结果与实测值的对比表明:梁等效理论、仿真及实验所得振型基本一致;仿真频率及结构阻尼损耗因子计算值误差均小于10%,所述模态仿真和阻尼计算方法有效,最后基于仿真结果验证了梁等效理论针对大尺度桁架模态的分析精度.     

基于有限元法的立轴风机风轮振动特性分析

采用有限元方法建立了立轴风力机风轮的振动分析模型,分析了离心力对风轮固有频率的影响,并运用此模型对500 kW风力机风轮的振动模态作了仿真分析,得到风力机运行过程中风轮的固有频率与外激励频率之间关系的Campbell图,为立轴风力机结构的振动特性设计提供参考.     

偏心式圆筒悬臂梁发射换能器研究

为了得到宽带发射换能器,提出了一种偏心式圆筒悬臂梁换能器的结构形式,重点介绍了此类换能器的基本设计思想,即围绕低频和宽带两方面入手,将弯曲振动模态频率低的特点和多模态振动耦合拓宽频带的方法结合起来,应用于同一种换能器的结构设计中.利用有限元软件对换能器进行了辅助设计分析,并计算了悬臂梁和换能器的振动模态、工作频率、阻抗和发射特性等性能参数.换能器样机的测量结果是换能器的工作频带(-6 dB)为4～16 kHz,发射电压响应起伏在-5 dB以内,工作频带覆盖了2个倍频程.换能器样机的实测结果验证了设计思想的正确性和可实现性.