基于模态分析理论的结合部动刚度辨识EI北大核心CSCD

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

基于非均匀分布复弹簧单元的螺栓连接薄板结构动力学有限元建模

在创建螺栓连接结构动力学模型时,如何有效地模拟螺栓影响区对结构动力学特性的贡献至关重要。提出用非均匀分布复弹簧单元来模拟螺栓影响区力学特性,在此基础上针对一种螺栓连接薄板结构建立有限元模型并对其进行线性动力学分析。在确定螺栓影响区面积的基础上,分别假定了三种刚度非均匀分布的复弹簧单元来模拟螺栓结合部的力学特性,并提出用反推辨识技术确定复弹簧单元刚度及阻尼参数的方法。通过自编有限元程序创建了螺栓连接薄板结构线性动力学分析模型,重点描述了将非均匀分布复弹簧单元引入连接薄板动力学方程的方法。最后,以一个具体的螺栓连接薄板结构为对象进行了实例研究,结果表明:用所创建的有限元模型计算获得的固有频率、模态振型以及频响函数值与实测值均较为接近,从而证明了用非均匀分布复弹簧单元模拟螺栓影响区进而实施有限元建模可实现较高的仿真计算精度。     

栓接结合部动态特性参数辨识新方法

利用频响函数法辨识栓接结合部等效动力学参数时,由于实验测量、噪声干扰及数值运算(矩阵求逆)等所致误差,使辨识结果出现不适定性。为避免此问题的产生,使辨识结果能真实反映栓接结合部动态特性,提出新的辨识方法。建立含栓接结合部的整体结构有限元模型,据栓接结合部不同等效刚度与等效阻尼与整体结构归一化频率关系,确定栓接结合部等效刚度与等效阻尼的取值范围,并取该范围的平均值为初值,以实验与仿真整体结构频响函数误差最小为目标确定栓接结合部等效刚度与等效阻尼值。通过实验研究及与文献[16]结果比较表明,采用该方法可达准确辨识栓接结合部等效参数之目的。     

基于CAE/CAT/CAO的齿轮箱轴承结合部等效刚度识别方法

基于CAE/CAT/CAO技术,提出一种有限元模态分析、试验模态分析与Isight集成优化方法相结合的精确识别轴承结合部等效刚度的方法:1采用Abaqus有限元分析软件建立齿轮箱有限元分析模型,通过spring单元模拟轴承三个方向的等效刚度,并将其作为设计变量;2基于LMS模态测试分析系统对齿轮箱进行试验模态分析,得到包含轴承结合部信息的各阶固有频率和振型,并以试验模态分析得到的固有频率值作为优化目标值;3通过Isight软件集成Abaqus对轴承刚度进行寻优,使有限元模态分析的结果与试验模态分析的结果相一致。分析结果表明,该方法综合考虑了齿轮轴、箱体的柔性,具有较高的精度,优化后的齿轮箱有限元模型与试验模型动态性能一致性好。     

基于结构阻尼的机械结合部动力学模型研究

机械结合部的阻尼由连接界面之间的相对滑动产生,为结构阻尼,因此提出了一种基于结构阻尼的结合部动力学模型。该模型通过刚度和结构阻尼对机械结合部进行等效,模拟结合部的动力学特性。为了对模型进行验证,设计了一组试验进行研究。首先利用DASP系统对试验件进行模态试验,得到模态参数和模态振型,然后根据模态试验数据识别机械结合部动力学参数。基于新模型的有限元复特征值分析结果与模态试验分析结果误差较小,表明结合部动力学模型在设置适宜的参数时,能够模拟机械结合部的动力学特性,验证了模型的可行性。     

栓接结合部迟滞非线性等效线性化方法EI北大核心CSCD

由于栓接结合部强的非线性特性,要建立和求解这类非线性模型以及实现与其他模型的耦合极为困难。为体现栓接结合部等效非线性特性和便于工程应用,首先将结合面简化为光滑刚性平面与粗糙表面的接触问题,建立单个微凸体力-位移本构关系;然后根据Masing准则和切向力模型,建立栓接结合部在单个循环周期下的恢复力模型,并假设在稳态激励和振动幅值很小的情况下,利用平均法建立栓接结合部等效线性化的刚度与阻尼模型。为验证所建栓接结合部恢复力模型和等效线性化模型的正确性,分别搭建恢复力实验平台和模态测试实验平台,并利用有限元法将栓接结合部等效线性化模型与有限元模型耦合,建立考虑栓接结合部特性的整体结构动力学模型,最终通过两组实验验证两类模型的正确性。     

滚珠丝杠进给系统动力学建模与动态特性分析

考虑滚珠丝杠进给系统中各结合面接触刚度的影响,提出一种有限元建模方法,用于研究滚珠丝杠进给系统的动态特性。将丝杠螺母、导轨滑块和滚动轴承简化为弹簧-质量模型。基于Hertz接触理论推导出其接触刚度的计算公式,采用多单元混合的方法划分网格,建立整个进给系统的有限元模型,仿真得到承载台的前五阶模态振型和固有频率;采用锤击激励法对滚珠丝杠进给系统进行模态试验,试验结果表明仿真和试验得到的模态振型基本一致,固有频率的最大误差为8.9%;基于该有限元模型分析了主轴质量、滚动导轨副预紧力以及滑块间距对进给系统振型分布和固有频率的影响。所提出的动力学建模方法和研究结果对滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构优化具有参考价值。     

典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性研究

工程结构中普遍存在螺栓连接,其中螺栓连接界面的非线性与不确定性是其两个重要特性,该研究针对某典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性开展研究。通过结构不同次装配工况的正弦振动试验,获得了系统轴向振动固有频率与模态阻尼比的不确定性。采用薄层单元建立螺栓连接结合面模型,基于薄层单元弹性模量、泊松比与连接系统固有频率的关系,以及薄层单元材料损耗因子与模态阻尼比的关系,再结合基于主成分分析(PCA)的不确定性有限元模型修正方法,利用螺栓连接系统的不确定性研究试验结果,对薄层单元的弹性模量、泊松比及材料损耗因子区间进行了识别。识别得到的螺栓连接轴向固有频率与模态阻尼比区间与试验结果区间吻合较好,研究结果为类似螺栓连接结构结合面动力学建模及其不确定性研究提供了新方法。     

应用梯度连接层的层合电工钢梁螺栓结合部简化模型研究EI北大核心CSCD

表征电工钢片间螺栓结合部连接参数是进行铁心结构动力学分析的关键,针对现有变压器铁心动力学模型参数识别误差大的问题,提出了考虑螺栓结合面压强分布不均匀的梯度连接层模型。通过理论计算获得了螺栓结合部的压强分布,推导了梯度连接层弹性参数与螺栓结合部接触压强的关系式。在获得层合电工钢梁试件等效材料参数的基础上,对由螺栓连接的两根相同层合电工钢梁,建立了梯度连接层模型模拟层合电工钢梁之间的螺栓结合部。经模态对比修正了梯度连接层的弹性参数,修正后螺栓连接层合电工钢梁试验模态与计算模态的前8阶振型一致,对应固有频率的误差在1%以内,证明了梯度连接层模型的准确性。在变压器铁心中应用修正后的梯度连接层模型,能够提高建模精度。     

摩擦系数对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

为研究摩擦系数变化对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立摩擦系数变化时螺栓联接结构的模态方程;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同摩擦系数下的机匣模态分析,研究发现随着摩擦系数的增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大;最后,采用单变量法重点研究摩擦系数变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,摩擦系数对各阶固有频率的影响程度各不相同。对于某一阶模态频率,若由摩擦系数变化引起的扰动刚度主要增加参与其模态参数的有效刚度,则摩擦系数对该阶模态频率影响较大;若扰动刚度主要增加其非有效刚度,则摩擦系数对该阶模态参数影响较小。结合振型图发现,对于扭转振型对应的模态频率,其受摩擦系数的影响较大,其他振型对应的模态频率受摩擦系数的影响较小。     

栓接结合部刚度建模与特性分析

为在图纸设计阶段准确获取数控机床关键功能部件中栓接结合部的动态特性,综合考虑结合面和螺栓两部分因素,运用WM函数和功率谱函数表征表面微观形貌特征,利用统计学方法和Mindlin理论建立结合面刚度模型,最终建立栓接结合部法向与切向刚度模型,根据模态试验与有限元法对比验证所建模型的正确性。通过分析表面粗糙度、法向载荷和栓接结合部刚度之间的关系,结果表明:法向载荷的大小影响结合面微观形貌特性,载荷越大,真实接触面积越大,表面粗糙度越小;在相同法向载荷下,表面粗糙度越小,栓接结合部的刚度越大;栓接结合部的刚度随着法向载荷的增加而递增,其速率是先快后慢,且相互之间呈现明显的非线性关系,但当载荷较小时,栓接结合部的法向刚度与法向载荷呈线性关系,可采用线性化方法获取栓接结合部的动态特性。     

基于特征参数的栓接结合部螺栓预紧力评估

为了解决频响函数法在栓接结合部特征参数辨识中的不适定性问题及期望通过定量评估螺栓预紧力以评估栓接结合部损伤程度,采用正问题求解思路,提出依据动力方程定义参数辨识的目标函数并利用特征参数定量计算螺栓预紧力的评估方法。建立栓接结合部等效线性模型,通过模态试验测量不同预紧力下的结构频响函数;构建目标函数,采用粒子群优化算法获取不同预紧力下的特征参数,并通过多项式拟合特征参数与预紧力之间的关系曲线,从而评估螺栓预紧力;通过数值仿真和试验验证方法的有效性和适用性。研究结果表明:所提方法能够准确辨识结合部参数,利用拟合的关系曲线可以准确地定量评估螺栓预紧力。     

虚拟功能梯度材料表征栓接结合部动态特性

为提高结合部的建模精度,提出虚拟功能梯度材料法表征栓接结合部的动态特性。首先,利用有限元法仿真栓接结合部在不同预紧力和不同接触区域的受力情况,采用多项式函数拟合出栓接结合部的接触压力分布模型,并根据压力分布规律,提出虚拟材料层的划分准则。然后,探索虚拟功能梯度材料属性(弹性模量、剪切模量、泊松比、密度以及虚拟层厚度)与有效接触区域内接触半径的关联关系,建立栓接结合部虚拟功能梯度材料模型。最终,通过具体算例将栓接结合部划分为2层、3层和4层,并依次确定各层虚拟材料的属性,利用ANSYS有限元中的APDL语言将虚拟功能梯度材料模型与连接结构耦合,建立考虑栓接结合部动态特性的整体结构有限元模型,并进行动态响应分析,将获得整体结构的频响函数与模态试验数据对比分析,发现4层虚拟材料明显与试验结果最为接近,最大误差出现在第2阶固有频率处,误差仅为2.4%。     

螺栓连接框架结构的有限元模型修正

综合运用有限元仿真、试验模态测试和模型修正技术,对一个由螺栓连接的三层框架结构进行了动力学特性分析和响应预测,并对其中涉及到的相关问题进行了讨论。首先,采用不同类型单元分别建立结构的实体有限元模型、板-梁有限元模型以及三自由度集中参数模型,并进行模态计算。然后,对实际结构进行模态测试,并将三类模型的计算结果与测试数据进行对比,分析不同类型单元所建立模型的异同以及由螺栓连接的复杂性、加工装配的误差和材料参数的不准确等不确定因素对建模及计算误差所造成的影响,从而确定合理的修正参数。接着,用模态测试数据对模型参数进行修正,使得修正后的模型能够准确反映实际结构的固有频率和振型。最后,将测试获取的阻尼参数加到修正后的模型上,进行冲击激励下的响应预测,并与实际结构的测试结果进行对比,取得了满意的结果。     

组合结构动态特性的实验分析

目的 分析组合结构结合部的动态特性。方法 应用试验模态分析法分析组合结构结合部的传递函数，并用有限元模态分析法对组合结构进行计算分析。结果 确定了结合部的动态特性，计算出组合结构的前五阶非刚体模态，结算结果满足工程要求。结论 所得出的实验结果和建立的组合结构模型基本正确。为下一步组合结构的优化和动力学匹配提供了依据。     

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。     

考虑螺栓球节点半刚性的网格结构有限元模型修正研究

为获取用于螺栓球节点网格结构健康监测准确有限元模型,用具有刚度可调节点单元描述节点半刚性;采用神经网络技术,利用有限测点模态信息构造网络输入参数CPFM,提出对螺栓球节点单元刚度折减系数进行分步修正新方法。以单层柱面网壳振动台试验模型为例,在螺栓球节点精细化模型基础上,基于实测模态数据对其进行有限元模型修正。结果表明,修正后有限元模型能较好反映该网壳结构的真实动力特性,采用分步修正算法能精简神经网络结构,可有效用于螺栓球节点网格结构有限元模型修正,具有一定实用价值。     

基于模型修正的螺栓连接板结构动力学建模方法

螺栓连接板结构是飞行器结构中应用最为广泛的可拆卸固定结合部之一。该文针对螺栓连接板结构的动力学建模展开研究:基于薄层单元理论建立螺栓连接板结构的动力学等效模型;采用固有频率误差和模态置信准则残差的加权和作为修正薄层单元材料本构参数的目标函数,并利用水循环算法对待修正参数进行全局修正;以一个双边固支五螺栓搭接板结构的动力学建模为例,来验证该文提出方法的可行性和鲁棒性。结果表明,采用该文提出的方法建立的螺栓连接结构的动力学预示模型能够准确地表征其动态特性,并且具有良好的抗噪性。     

基于分层理论的螺栓连接夹芯复合材料加筋结构振动特性

针对采用螺栓连接方式固定的夹芯复合材料加筋结构,表层采用分层理论单元、芯层采用体单元,结合有限元方法计算固有频率和振型。通过试验验证,有限元计算结果与试验结果吻合,并得到了在有限元分析中模拟实际结构边界条件的处理方法。试验结果对比表明,与钢制结构相比,夹芯复合材料加筋结构前三阶固有频率提高2倍以上,夹芯复合材料加筋结构能大幅提高整体结构刚度,改善结构的振动特性。      

预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

为研究预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立预紧力作用下螺栓联接结构模态方程;其次,以螺栓联接板试件为例,基于有限元分析和试验相结合的方法,验证螺栓联接接触面处理方法的准确性;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同预紧力作用下的机匣模态分析;最后,分析刚性机匣和预紧力作用条件下的实体机匣各阶固有频率相对差异,重点研究预紧力变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,随着预紧力增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大,并且预紧力对各阶固有频率的影响程度各不相同,结合振型图发现,对于连接面处相对变形较大的振型,其模态频率受预紧力影响较大;而对于连接面处相对变形较小的振型,其模态频率受预紧力影响较小。