基于模态综合和移频方法的中频段模态计算

采用基于特征约束模态降阶的模态综合方法计算结构中频段振动特性时,针对低阶特征约束模态不能截断的问题,引入了移频方法对子结构动力学方程进行变换,并推导了移频后低阶特征约束模态与系统中频段模态的关系,结果表明：采用移频方法后,低阶特征约束模态可以截断。采用该方法计算了某白车身有限元模型160~190Hz频段内的振动特性,结果表明：采用移频方法后,保留的特征约束模态阶数较少,系统振动特性的计算时间较短,说明该方法有助于提高复杂结构中频段振动特性的计算效率。     

坝基动力相互作用有限元分析的子结构方法

文中应用混合类型的子结构模态综合方法缩减复杂坝基系统的有限元动力分析方程，以减少相应的计算时间，并提出了计入自由子结构高阶模态静力影响的修正方法，以提高模态综合精度。算例表明：这些方法对于求解复杂主从结构系统的特征值问题是很效的。     

改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构模态分析中的应用

在保证精度的条件下,为了提高航空发动机模态分析的计算效率,针对传统混合界面子结构模态综合法由于综合后还可能存在计算量大的问题,提出一种改进的混合界面子结构模态综合法。该方法将综合后的模型进一步减缩,同时在减缩过程中引入位移和力的双协调条件,保证了计算的准确性。采用该方法建立了叶片-轮盘的组合结构的参数化模型,对各个子结构建立有限元模型并综合求其模态,与整体结构有限元法相比,计算时间缩短了23.86%~35.74%,模态偏差不大于0.57%,而传统法,其计算时间缩短了14.63%~29.20%,模态偏差不超过0.49%,可见,在相同的工作环境且保证精度的条件下,该方法计算效率比传统混合界面子结构模态综合法有显著提高,尤其是在高阶模态求解时,计算效率提高的更加明显,为下一步的振动响应及组合结构的动态特性研究奠定了基础。     

具有弹性耦合结构振动系统的自由界面模态综合法

本文给出了以弹性连结件为耦合件的振动系统自由界面模态综合技术,把弹性连结件定义为“软子结构”单独处理,其余部件自然划分为若干子结构。利用有限单元法获取各子结构自由界面模态信息,用子结构的截断主模态及其高阶剩余柔度修正项作为结构 RayLeigh-Ritz 分析的假设模态,从而大幅度压缩了结构分析自由度。实例计算表明,该方法具有良好的综合精度,是分析具有弹性耦合结构振动问题的有效方法。     

支承非线性特性对双转子系统的响应特性影响研究

以双转子试验器为研究对象,开展高维复杂双转子系统的建模方法和动力特性的研究。将双转子系统划分为模态子结构和连接子结构,利用有限元方法和固定界面模态综合进行模态子结构的建模及维数缩减,将连接子结构保留在物理空间中,通过界面对接条件实现子结构的组装,利用Newmark法进行含局部非线性的双转子系统运动方程的数值求解。进行了计算模型的试验验证,并研究了转子系统的响应规律。研究结果表明:随转速的变化,转子响应中出现了滚动轴承的变刚度振动频率、不平衡激励频率及相关组合频率;同步不平衡响应的变化规律与支承位置、转子各轮盘的不平衡量及临界振型有着密切的联系。     

中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响

为定量分析中间构架柔性对内燃动力包双层隔振系统隔振特性的影响规律,指导双层隔振系统的优化设计,建立中间构架的有限元模型并进行模态计算,通过与试验模态对比,验证有限元模型的正确性。在Adams中建立考虑中间构架柔性的刚柔耦合系统动力学模型以及将中间构架视为刚体的多刚体系统动力学模型。通过自由振动和扫频分析,得到中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响规律。研究结果表明中间构架柔性会使系统固有频率及主模态方向解耦度减小,并使系统幅值响应出现"移频"、"增频"现象,其中低频段以"移频"为主,高频段以"增频"为主,中频段二者同时出现。相关结论可为隔振设计以及耦合振动的有效控制提供动力学方面的参考。     

挠性机器人机构频率分析的自由子结构法

频率分折对于设计出好的动力学和控制性能的机器人有重要意义。机器人关节是一种复杂连接,不能用常规的子结构法分析。本文将双协调动态子结构法和中用于连接件耦台系统的模态综合法相结合,当子结构模态分析完成后,先实现系统方程的弹性耦合,再利用位移和对接力协调关系进行系统方程装配和座标缩减。用带有集中质量的空间梁单元模拟结构,子结构全为悬浮体,在局部座标系中求出刚体模态、保留主模态和剩余惯附模态。全部过程编成计算机程序。实例计算表明了该法的有效性。     

复振型导数计算的可变移频值方法

实际结构系统由于存在多种不同性质的阻尼其动态特性很复杂,振型导数的计算也比较困难。采用模态加速和移频的思想发展了一种基于模态叠加的复振型导数计算方法。首先对控制方程进行移频处理,利用广义幂级数展开式获得模态迭代公式,并利用迭代结果与各阶振型表示复振型导数;然后把系统的广义动柔度矩阵表示为已知的低阶模态与截断的高阶模态之和,高阶模态部分采用多个矩阵多项式与一个广义幂级数的乘积表示,并利用系统的低阶模态和系统矩阵进行计算;各阶移频值表示为相应的移频系数与复特征值的乘积,它们仅与最低阶模态移频值的模和本阶模态的单位复特征值有关,而最低阶模态的移频系数通过精度分析获得。给出了合适的模态加速迭代次数。该方法仅需进行一次系统矩阵的分解就可获得高精度的多个复振型导数。算例表明方法正确、高效。     

子结构法在结构拟动力试验中的应用

本文从子结构的原理出发，推导了子结构法法用于动力分析的基本公式，对在地震作用过程中，已知结构的线性反应部分和非线性反应部分的情况，采用线性子结构与非线性子结构耦合的分析方法，这样不仅节省费用，并且概念明确，有助于将结构分析的重点放在非线性反应部分，在此基础上，借助于结构振动的主模态，提出了采用耦合法进行拟动力试验的方法，并通过一模型的拟动力试验就计算方法和模型结构的若干反应性能进行了探讨和研究。     

二级动态子结构法在框筒结构动力特性空间分析中的应用

考虑楼板变形，采用空间杆，薄板力学模型，运用固定界面模态综合法将框筒结构沿高度划分为两级子结构，对框筒结构的动力特性进行了分析，并使计算过程得以上５８６微机上实现。     

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。     

Investigation of Frequency Response Function of Product‐Transport System Based on Multi‐coordinate Coupled Inverse Substructure Method

The product and vehicle, through a packaging, constitute a complex product‐transport system in logistics. It is very important to obtain the frequency response functions of the product‐transport system and its substructures for the design of product packaging. In this paper, the product‐transport system is treated as a two‐substructures multi‐coordinate coupled system. It is composed of a product substructure and a vehicle substructure, which are connected by a packaging structure consisting of many packaging units. The multi‐coordinate coupled inverse substructure method is developed and used to analyse the dynamic characteristics of the product‐transport system. To verify the validity of this method for the product‐transport system, the experiment of a physical prototype is conducted. The results show that the predicted substructure‐level frequency response functions are in accordance with the measured. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Buckling analysis of rotationally periodic structures using shell element with relative degrees of freedom

By considering the characteristics of deformation of rotationally periodic structures subjected to rotationally periodic loads, the periodic structure is divided into several identical substructures in this paper. If the structure is really periodic but not axisymmetric, the number of the substructures can be defined accordingly. If the structure is axisymmetric (special in the case of the periodic), the structure can be divided into any number of substructures. It means, in this case, the number of substructures is independent of the number of buckling waves. The degrees of freedom (DOFs) of joint nodes between the neighbouring substructures are classified as master and slave ones. The stress and strain conditions of the whole structure are obtained by solving the elastic static equations for only one substructure by introducing the displacement constraints between master and slave DOFs. The complex constraint method is used to get the bifurcation buckling load and mode for the whole rotationally periodic structure by solving the eigenvalue problem for only one substructure without introducing any additional approximation. Finite element (FE) formulation of shell element of relative degrees of freedom (SERDF) in the buckling analysis is then derived. Different measures of tackling internal degrees of freedom for different kinds of buckling problems and different stages of numerical analysis are presented. Some numerical examples are given to illustrate the high efficiency and validity of this method. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

重复性结构模态综合技术—张力架动力分析

本文讨论了一种对具有重复等同性特点的结构进行动力分析的模态综合技术。这一类结构可分割为若干等同的部件,只要对其中一个部件进行分析,即可得所有部件的模态信息,然后按混合界面模态综合法进行综合,综合时根据诸部件对接界面的协调条件,导出全体部件和整体结构广义坐标之间的变换矩阵,除各部件的模态坐标外,只保留了一条对接界面的坐标。另外,为进一步降低部件的自由度数,本文采用分层二重动态子结构法将部件再次分割,先用对接加载模态综合技术进行综合以得出部件的主模态,再在此基础上进行整体综合,最后得出整体结构的固有频率和主振型。文章最后以经编机弹性张力架为算例,应用上述方法计算了前10阶固有频率和前5阶主振型,并进行实验测试,对固有频率的计算值作了校核。     

Geometric non-linear substructuring for dynamics of flexible mechanical systems

A substructure synthesis formulation is presented that permits use of established flexible multibody dynamic analysis computer codes to account for structural geometric non-linear effects. Large relative displacement is permitted between points within bodies that undergo small strain elastic deformation. Components are divided into substructures, on each of which the theory of linear elasticity relative to a body reference frame is adequate to describe deformation and its coupling with system motion. Normal vibration and static correction deformation modes are used to account for elastic deformation within each substructure. Compatibility conditions are derived and imposed as constraint equations at boundary points between substructures. System equations of motion that include geometric non-linear effects of large rotation, in terms of generalized co-ordinates of a reference frame for each substructure and a set of deformation modes that are defined within the substructure, are assembled. The method is implemented in an industry standard flexible multibody dynamics code, with minimal modification. Use of the formulation is illustrated on the classical problem of a spinning beam with geometric stiffening and on a space structure that experiences large deformation.     

土-结构三维动力分析的线性-非线性混合子结构法

为提高土-结构三维非线性动力分析问题的计算效率,根据结构存在局部塑性区域的特点,提出了适合于非线性子结构与多个线性子结构存在边界耦合情况的线性-非线性混合约束模态综合法。该方法将整体体系划分为线性和非线性两类子结构,对线性子结构依照势能判据截断准则进行自由度的缩减,并最终与非线性子结构进行综合,进而获得非线性体系的动态响应。进一步将该方法应用到土-高层建筑相互作用体系的三维动力分析算例中,针对两种不同的土体边界条件分别进行了多组地震动激励作用下的动力时程分析,验证了该方法的精确性与有效性。最后,针对非线性土体区域范围的多种不同取值进行了多组数值试验,结果表明:对于该文算例,当非线性土体区域的范围取为上部结构水平尺寸的3倍时即可获得满意的计算结果,进一步说明了该方法的有效性。     

结构动力分析的静态子结构法

文中把静态子结构法与 Ritz 向量直接叠加法相结合,构成了结构动力分析的静态子结构方法,这一方法对于大型结构的动力分析问题是十分有效的。     

分支轴系扭振的子结构分析方法研究

针对分支轴系结构,提出了一种按齿轮啮合形式分级划分子结构并逐级综合的方法来获取整个系统的扭振固有特性,并且采用这种方法分析了650轧机主传动系统分支结构的扭振固有特性。与其他方法计算结果的比较,表明了本文子结构分级划分与逐级综合方法的可行性。这种子结构分级划分、逐级综合分析原理,扩展了子结构模态综合法在分支轴系扭振问题上的应用范围,有效求解了复杂系统问题,为解决分支轴系结构扭振问题提供了一种良好思路。     

梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究

该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题,建立动态子结构模型,推导了相应的动力学控制方程,并采用Newmark隐式积分法进行求解,将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形,通过对撞击激发的弹塑性波传播,包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算,研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征,弯曲波的弥散特征,以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明,动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。     

土-相邻结构相互作用子结构振动台试验研究

以土-相邻结构体系和土-单体结构体系为研究对象,依托振动台并融合子结构试验技术,通过在试验中引入分支模态方法,利用多子结构间的相互作用耦合项把地基子结构的数值计算和上部模型结构的物理试验联系起来协同分析,实现了考虑土-相邻结构相互作用(SASI)效应和土-结构相互作用(SSI)效应的子结构振动台试验。以由两个相同四层钢框架结构与地基土组成的土-相邻结构体系为例,讨论了模型结构的加速度放大系数在各地震动作用下的变化规律;对比分析了土-单体结构体系和土-相邻结构体系中模型结构的顶层位移、加速度和底部剪力,研究了SASI效应对结构动力反应的影响规律。研究表明:与土-单体结构体系相比,SASI效应使结构的地震响应峰值呈现出不同程度的下降趋势,其影响程度和地震波的频谱成分组成以及体系自身的动力特性有关。