表面阻尼处理结构优化方法的研究

该文提出了一种表面阻尼处理结构的整体划分单元有限元建模和优化方法,推导了3节点18自由度空间壳体表面自由阻尼处理结构的损耗因子计算公式和编制了相应的计算机分析软件,并以一不锈钢悬臂板模型算例证实了整体划分有限元方法能够很好地体现阻尼结构各层之间的协调关系、有降低结构的自由度数、节省计算机内存和提高计算速度等优点.     

表面阻尼处理结构优化方法的研究

该文提出了一种表面阻尼处理结构的整体划分单元有限元建模和优化方法，推导了３节点１８自由度空间壳体表面自由阻尼处理结构的损耗因子计算公式和编制了相应的计算机分析软件，并以一不锈钢悬臂板模型算例证实了整体划分有限元方法能够很好地体现阻尼结构各层之间的协调关系、有降低结构的自由度数、节省计算机内存和提高计算速度等优点。     

基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模

为了提高薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型的薄板件变形预测精度，提出一种基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模方法。首先采用半弹性接触模型近似代替定位元件与薄板件之间的接触，并通过法向弹簧—阻尼单元模拟接触面的刚度和阻尼特性，然后借助分形接触理论获得定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的关系，接着在通过有限元仿真得到各定位点处的法向接触力的基础上，求解每个定位点处的法向接触刚度与阻尼，最后建立薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型，对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例验证了所提建模方法的可行性和有效性。     

双岛五梁式微加速度传感器的动态响应研究

用模态分析的理论和方法对离散的双岛五梁式微加速度传感器整体结构模型进行了动态响应仿真分析.根据设计需要,对结构施加了平峰阻尼;并对在不同阻尼比条件下结构的动应力及变形进行了分析,给出了改善结构动态特性的阻尼比及工作梁表面动应力的分布规律和数值;确定了传感器不受复杂模态干扰的工作频带;为合理设计传感器的结构给出了动态设计依据.     

周期开孔阻尼夹层板结构声辐射特性研究

基于阻尼减振原理,并引用周期性边界条件,从抑制声桥振动能量传递入手,建立了双层板中间夹开孔阻尼的模型;考虑了阻尼材料的频变特性,通过有限元和边界元的数值算法计算辐射声功率,分析了周期性开孔阻尼夹层板结构的声辐射特性。数值计算结果表明在中低频频段内,双层板结构中间敷设周期开孔阻尼对比全敷阻尼抑制双层板结构声辐射能力在某些频段更优,且能达到减少阻尼材料的使用,优化整体结构的重量;分析了周期性开孔阻尼夹层板结构开孔率和周期数对抑制双层板结构声辐射的影响,找到了抑制夹层板声辐射的最优的开孔率和周期数,并对仿真结果进行了相应的实验验证。     

宽带白噪声激励下粘弹性阻尼薄板的振动分析

恶劣的噪声环境将影响飞行器的正常工作,因此飞行器的典型结构在噪声激励下响应的正确分析就显得十分必要。针对白噪声声源的特点,使用Monte-Carlo方法模拟了噪声载荷的时域信号。建立了钛合金薄板及其粘弹性约束层阻尼处理后的有限元模型,结合有限元方法分析了薄板在高强度噪声载荷作用下的振动响应,并对比粘弹性阻尼添加前后的振动位移和应力分析了噪声环境下的粘弹性阻尼薄板的减振性能。研究结果表明,粘弹性约束层能改变钛合金薄板的固有频率,能够降低噪声载荷引起的薄板振动位移和应力。     

机床立柱的粘弹性阻尼控制有限元分析及研究

通过建立机床立柱的三维有限元模型,基于大型有限元分析软件ANSYS,应用模态应变能迭代法,分析了粘弹阻尼处理机床立柱结构的动力特性,并进行了阻尼位置的优化研究。该方法能够简便有效地应用于实际粘弹性阻尼处理结构的阻尼预测和优化,对阻尼工程应用具有较大的理论和应用价值。     

阻尼敷设车轮声辐射特性分析

目前在铁路噪声领域的研究中，采用阻尼材料对车轮进行表面处理的方法是一种较为合理的降噪措施，但是阻尼装置往往因为体积、稳定性和安装难度等问题难以应用于实际工作。采用在车轮表面进行阻尼材料贴附的方式相对安装阻尼装置具有更实际的研究意义。这里针对城市列车915mmS型辐板标准车轮，在其辐板表面执行一种轻型的阻尼表面处理方式，并设计全敷设和环形敷设阻尼材料两种敷设方案。通过有限元软件仿真计算，分析在中低频率段，阻尼处理前后车轮的固有频率及声辐射数值特性，对比分析这两种处理方式对于车轮各模态处声辐射特性的影响，提出可靠性更佳的敷设方案。     

机敏约束层阻尼薄板有限元建模与实验研究

基于Kichhoff薄板理论,考虑基层、粘弹性层和压电层的耦合运动及位移协调关系,采用有限元法建立了机敏约束层阻尼结构的单元动力学方程。在单元组集后的系统总动力学方程中将基层的弹性结构阻尼以比例阻尼的形式给出,同时为表征粘弹性材料随温度、频率变化的力学特性,结合GHM(GollaHughes-Mctavish)模型推导出了结构的有限元总动力学分析方程。以局部覆盖机敏约束层阻尼的对边固支板铝板为实例,通过动力学参数理论计算与模态试验对比分析,结果表明:考虑基层阻尼后的分析结果明显好于不考虑基层阻尼的分析结果,与实验更接近;在总动力学方程中引入GHM模型,可以用相对较少的耗散自由度得到较准确的有限元动力学模型,减少了计算工作量。     

薄壁铝合金结构焊接应力变形数值模拟

实际结构焊接过程的三维数值模拟因为计算量大而往往难以进行。为了采用三维热弹塑性有限元方法对薄 壁铝合金结构的焊接过程进行数值模拟,提出了粘贴单元和混和单元两种网格划分技术相结合的单元划分方案进 行有限元建模,通过薄板对接模型试验验证了此方案的可行性,并研究了不同建模方案对计算效率的影响。将这 种单元划分方案应用到实际薄壁筒体结构焊接过程的数值模拟中,对焊接过程产生的残余应力和变形进行了成功 地预测。结果表明:对于薄壁构件,采用粘贴单元和混合单元相结合的单元划分方案可以在保证一定精度的前提 下,可大大减少有限元网格划分工作量,同时可降低计算规模,提高计算效率。     

弧齿锥齿轮箱动态特性分析及辐射噪声预估

以升船机同步系统用弧齿锥齿轮箱为研究对象,综合考虑锥齿轮副刚度激励、误差激励和啮合冲击激励等内部动态激励,建立了包含弧齿锥齿轮副、传动轴、轴承和箱体等的齿轮系统动力有限元模型,采用ANSYS对齿轮系统进行动态响应分析,得到齿轮箱的振动位移、振动速度及振动加速度;以箱体表面节点振动位移为边界激励条件,在SYSNOISE中建立箱体声学边界元模型,采用直接边界元法进行辐射噪声预估,得出箱体表面的声压云图及场点的辐射噪声。结果表明:齿轮箱动态响应及辐射噪声的峰值频率均出现在啮合频率及其倍频处。     

Viscothermal fluid effects on vibro-acoustic behaviour of double elastic panels

This paper deals with the vibro-acoustic behaviour of two vibrating plates coupled to a viscothermal fluid cavity. The acousto-elastic model is established in dimensionless appropriate form including the effects of viscosity and thermal conductivity of fluid and taking into account the fluid–structure interaction. The finite element method is used for the discretization of the functional of energy, which gives after minimization a symmetrical coupled matrix system in which the acoustic matrices are frequency dependent. For this purpose, an iterative procedure is derived to determine the eigenmodes of the coupled system. The modal approach is adopted to determine the vibro-acoustic system's response which the numerical results show the importance of the viscothermal effects in the case of thin fluid layers.     

基于边界元理论的鼓风机组管路振动噪声控制研究

针对鼓风机组管路振动噪声问题,应用结构声辐射理论和结构振动测量数据分析振动声辐射强度。以实测振动信号为依据,根据对低频段计算精度较好的边界元理论,应用有限元软件和Sysnoise声学仿真软件建立了实际声场的边界元流体模型和有限元结构模型的耦合模型,得到了模拟声场的仿真结果,并与实测结果进行比较,确定了主要噪声能量来源于管路振动造成的结构振动。通过分析振动的来源以及振动传递的路径和传递特性,确定了隔振降噪的方法。依据理论分析结果,对实际现场采取了有效的隔振降噪方法,隔振后降噪效果明显。     

Structural optimization of an automobile transmission case to minimize radiation noise using the model reduction technique

Vehicles should provide a comfortable environment for passengers. The noise from the transmission case is one of the causes of an uncomfortable environment. The transmission is composed of gears, shafts, bearing and cases. When transmission activity occurs, noise is transferred to the passengers through the transmission case. Design of the transmission case is performed in order to reduce the transmission noise. Acoustic analysis is carried out and structural optimization is utilized for the design to reduce the noise. Generally, the boundary element method (BEM) has been utilized for acoustic analysis. However, it is difficult to utilize the boundary element method in structural optimization because the cost to calculate the sensitivity information is fairly expensive. Instead, the finite element method (FEM) is employed for calculating the radiation noise of the transmission. Radiation noise is considered as the total noise from the transmission. Radiation noise is calculated at the outside of the transmission case and it can be expressed indirectly by multiplication of the velocity in the normal direction of the finite elements, the radiation efficiency and the characteristic acoustic impedance. The high frequencies are dominant for the transmission noise and the radiation efficiency is 1 at the high frequency range. Since the characteristic acoustic impedance has a constant value, the noise is the same as the norm of the velocity. The velocity of each finite element is calculated from modal analysis and the noise is expressed based on the average velocity of the vibrating structure. However, a long computation time is required to calculate the noise in a large scale structure such as a transmission. Thus, the entire model of transmission is condensed into the reduced model by the model reduction technique. The component mode synthesis (CMS) method is employed for the model reduction technique. The CMS method is an effective method for dynamic analysis of large and/or complex structures. The reduced model keeps the dynamic characteristics of the entire structure and it is used for structural optimization. In structural optimization, the design variables are the thicknesses of the groups of the transmission cases, the objective function is the mass of the structure and a constraint is imposed on the noise. An alternative formulation is made by exchanging the objective and constraint functions. The optimization results are discussed in terms of practical application.     

管道系统振动声辐射的数值计算方法

基于管道振动的模态分析及谐响应分析,计算管道的声辐射效率,建立结构体振动与其辐射噪声之间的关系。文中首先建立管道的圆柱壳模型,进行管道结构动力学分析,采用有限元方法获得结构表面振动速度;然后根据结构声辐射理论,并且采用边界元法离散积分方程,通过建立管道的声场模型,得到管道结构在谐波激励下的声辐射效率,为降低噪声提供理论依据。计算结果表明,本文所建立的振动和声辐射模型及算法是有效的。     

铺设角度对层合板结构声功率的影响分析*

针对层合板结构铺设角度对前二阶声辐射模态幅值和辐射声功率的影响进行分析。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的铺设角度与振动速度信息之间关系。通过声辐射模态理论,以某12层层合板结构为例,研究固定边界条件下的层合板辐射模态数、对称铺设角度、单向铺设角度以及激励力位置对声辐射模态幅值和辐射总声功率的影响。计算结果表明,在相同角度下,对称铺设层合板结构最大声功率值要小于单向角度铺设层合板结构最大声功率值;另外在低频时,对层合板结构辐射声功率起主要贡献的是前两阶辐射模态。并以某16层零度铺设的固定边界条件下的层合板结构为例,对复合材料层合板结构的声辐射模态幅值及声功率进行试验分析。     

考虑剪切变形的复杂刚架结构动力学特性分析

采用谱元法计算分析了复杂刚架结构的动力学响应特性,建立了直杆和Timoshenko梁的局部动力刚度阵,并组装得到了整体刚架结构的动力刚度阵。计算了刚架结构的频响曲线,并与有限元法得到的结果进行了比较,获得了刚架的固有频率和冲击载荷作用下的频域曲线。研究结果表明,谱元法可有效且准确地分析刚架结构的动力学响应特性,尤其适合中高频动态响应特性分析,与有限元方法相比,其精度高且用时短。       

On the use of damped updated FE model for dynamic design

Model updating techniques are used to update the finite element model of a structure, so that updated model predicts the dynamics of a structure more accurately. The application of such an updated model in dynamic design demands that it also predicts the effects of structural modifications with a reasonable accuracy. Most of the model updating techniques neglect damping and so these updated models cannot be used for predicting amplitudes of vibration at resonance and antiresonance frequencies. This paper deals with updating of the finite element model using the FRF data with damping identification using complex modal data and its subsequent use for predicting the effects of structure modifications. The updated model is obtained in two steps. In the first step, mass and stiffness matrices are updated using FRF-based model updating method. In the second step, damping is identified using updated mass and stiffness matrices, which are obtained in first step. Structural modifications in terms of mass and beam modifications are then introduced to evaluate the updated model for its usefulness in dynamic design.     

不确定声场分析的区间矩阵分解摄动有限元法

针对修正一阶区间摄动有限元法存在的一阶Taylor展开误差较大和求解摄动逆矩阵时计算效率不高的缺陷,提出区间矩阵分解摄动有限元法(Decomposed interval matrix perturbation finite element method, DIMPFEM)。该方法将系统动态刚度矩阵分解为若干系统子矩阵之和,每个系统子矩阵的摄动矩阵用摄动因子和常量矩阵的乘积表示,避免了摄动矩阵的Taylor展开误差;采用Epsilon算法求解摄动逆矩阵的修正Neumann级数,有效提高了计算效率。将DIMPFEM应用于具有区间参数的二维管道和二维商务车声腔模型的声压响应分析,分析结果表明,与修正一阶区间摄动有限元法比较,DIMPFEM获得了更高的计算精度和计算效率。     

惯性平台台体组件的有限元模态分析

用ANSYS软件通过在轴承滚珠和滚道面间建立接触单元，较好地处理了台体组件中的轴承连接问题。通过对某型号惯性平台组件进行有限元模态分析和研究，给出了台体组件前6阶固有频率和振型。根据计算结果，对如何改善台体组件的动态特性提出了建议，为进一步进行台体组件的动力学分析奠定了基础。