刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法及应用研究

利用多体系统传递矩阵法建立了刚柔耦合多体系统的动力学模型,并且将冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合,提出了基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。根据柯西方程推导出系统中的柔性梁在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式。以某型汽车起重机为例分析了在起吊过程中的冲击载荷特点,计算了该刚柔耦合多体系统的冲击响应及柔性梁的冲击应力分布规律,并与试验结果对比,证实了该方法的正确性。     

带钢-辊子-柔性支承混杂系统动力学建模与模态分析

基于广义Hamilton原理建立带钢连续热镀锌生产线镀锌段带钢-辊子-柔性支承混杂系统的数学模型,线性化后利用实模态理论得到系统的频率方程。以某镀锌线为例求解了系统的特征值问题,分析了带钢横截面积和初始张力对系统特征值和特征向量的影响,并考察了系统的耦合振动特性。最后用有限元软件ANSYS对该混杂系统进行了模态分析,有限元计算结果与理论计算结果一致。     

RV减速器振动特性分析

为了研究RV减速器的振动特性,建立了RV-20E型RV减速器的刚柔耦合动力学虚拟样机模型,利用灰色关联度分析了样机的准确性。之后通过模态分析,分析了RV减速器的整机模态频率、振型等。进一步使用有限元方法对RV减速器进行了瞬态动力学分析,得到了不同工况下的仿真信号,并与试验测得的不同转速、负载下RV减速器的加速度振动信号进行对比,仿真分析结果与试验结果吻合度较高。分析结果表明负载对RV减速器振动的影响较小,而转速对于RV减速器的振动有明显影响。     

空间热载荷作用下星载天线耦合动态影响分析

为了研究空间热载荷对星载天线刚柔耦合多体系统的扰动,根据抛物反射面几何特征,采用壳体单元有限元离散化法,并考虑壳体厚度方向上的温度变化,建立了有限元列式的热传导方程;引入与应变能有关的耦合项,利用拉格朗日法推导了星载天线系统的大范围刚柔耦合动力学方程,研究了温度载荷对星载天线多体系统的动力学特性影响。仿真结果表明:空间热效应引起了动态的温度载荷,与结构变形发生耦合,诱发耦合颤振,加剧柔性反射面的弹性振动,造成卫星姿态和天线指向的扰动,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

４９０柴油机机体减振降噪研究

采用虚拟样机方法对某４９０型柴油机机体进行减振降噪研究。首先讨论机体有限元建模方法,通过对有限元模型的模态验证,证明有限元模型的准确性;然后以该机体有限元模型为基础建立发动机多体动力学模型,将动力学仿真得到的计算结果与台架试验得到的实验结果进行对比,二者吻合较好。最后对机体裙部进行重新设计,改进后机体的辐射声功率降低了３．１ｄＢＡ,同时机体传递给油底壳的激励也得到大幅降低,改进工作取得很好的效果。     

薄煤层采煤机振动特性研究

为研究复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机的振动特性,根据多体拓扑结构建立采煤机刚柔耦合模型,通过仿真得到采煤机在截割含夹矸韧性煤工况下前后滚筒受到冲击载荷作用时的动态特性。基于子结构模态综合方式(CMS)的振动疲劳分析方法,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析,发现牵引部壳体在实际工作过程中产生具有3阶垂向弯曲模态特征的弹性振动;以不同测试点加速度频域响应为依据,分析采煤机振动对其电控系统以及液压系统的影响,判断测试点加速度与模态振动的相关性,同时确定出牵引部柔性壳体的高动应力区域及其结构疲劳性质。分析结果为薄煤层采煤机的优化设计、后续测试、安全性评价提供了重要的参考。     

大型风电齿轮箱系统耦合动态特性的研究

综合考虑轮齿啮合时变刚度、齿轮传递误差、齿轮啮合冲击以及风载变化等因素影响,建立具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学模型。对风电齿轮箱系统有限元模型进行耦合模态分析,运用模态叠加法对齿轮箱系统在内部激励与外部激励综合作用下的振动响应进行求解。将仿真结果与实验数据对比,进而得到齿轮箱各点振动位移、速度、加速度及结构噪声等系统动态评价指标,为大型风电齿轮箱动态特性的准确评价及齿轮系统动态性能优化设计提供理论依据。     

非轴对称多元载荷条件下管道中纵向模态导波激励

轴对称载荷是管道中轴对称模态导波激励的有效方法。然而,受换能器安装误差等因素的影响,激励载荷多会变为非轴对称载荷,进而使激励出的导波模态变得复杂。对非轴对称多元载荷条件下纵向模态导波的激励问题进行了深入研究。考虑两种典型的非轴对称载荷,采用简正模态展开技术,建立了导波激励声场与边界载荷的量化关系,进而分析了各模态导波的产生机理及载荷阵列对纵向导波激励的影响。采用有限元数值模拟验证了理论预测结果。考虑实际管道检测中出现的非轴对称载荷,提出了一种载荷补偿策略并进行了实验验证。结果表明,该方法能够有效抑制弯曲模态导波的产生,同时也有助于改善导波信号的噪声水平。     

哈尔滨四方台斜拉桥模态参数和索力识别

桥梁的模态参数是修正有限元模型、识别损伤及桥梁状态评估的重要参数。动力测试是获得模态参数的必要途径。建立了哈尔滨四方台大桥的有限元模型;利用8个力平衡加速度传感器采用分组测试的方式测试了桥面加速度,利用压电传感器测试了斜拉索的加速度;联合NExT法和ERA法进行了斜拉桥模态参数识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析;采用拉索基频的频差拟合识别法进行频率及索力识别,并进行了实测索力与设计索力的对比分析     

一种多体系统冲击响应谱分析法

提出一种多体系统冲击响应谱分析法,以一个基础受加速度冲击刚柔系统为例,详细阐述了该方法的理论基础,主要为:首先利用传递矩阵法求得系统任意点的状态矢量和系统振型;建立系统相对基础运动微分方程.进而建立系统的多体动力学方程;利用系统增广特征矢量的正交性求得广义坐标,结合速度冲击谱的定义获得各模态最大响应,最后经各模态响应合成得到系统的冲击响应时间历程.用一个具体工程实例,通过与一般力学解析方法、有限元冲击响应谱分析法结果的对比,验证了所提方法的有效性.     

电池片的运输包装设计及其数值模拟

针对电池片破损率高的问题,设计了电池片的运输包装方案。在此基础上对其运输包装件构建了有限元模型(包括施加载荷及约束)和有限元静力学分析及模态分析,得到了位移变形图、应力应变云图及前6阶模态。计算结果对产品的保护性包装设计有重要意义。     

机电耦合载荷下的压电层合板瞬态响应分析

针对压电层合板在机电耦合激振下的瞬态响应问题, 提出一种高效混合数值计算方法。经过位移场、 电势场在厚度方向的离散, 利用机电耦合理论和哈密顿原理, 推导出结构的运动方程。引入傅里叶变换, 得到波数域内运动控制方程。应用模态分析方法求解波数域内的位移场和电势场, 对结果进行傅里叶逆变换, 得到空间域内的瞬态响应。以PZT-5A/0° PVDF铺层两相材料复合压电层合板为算例, 分析了力、 电耦合线载荷激励下, 位移场和电势场的瞬态响应历程与分布规律, 计算结果给出了该结构的动力学基本特征。该方法结合了有限元法、 傅里叶变换和模态分析法, 计算高频载荷激振下的压电层合板瞬态响应较一般有限元法大幅减少了单元的划分。该方法可推广至分析任意机电载荷下的各类铺层材料压电层合板瞬态响应问题。      

基于 UG 和 ANSYS 软件的瓦楞辊振动与模态分析

为了降低瓦楞机振动噪声,有必要计算瓦楞辊振动模态和测试载荷频率。利用UG创建了瓦楞辊的实体模型及其参数化表示,以及UG与ANSYS之间的专用接口;将UG建立的三维实体模型数据导入到ANSYS中,利用ANSYS的模态分析功能,对瓦楞辊有预载荷不同辊长、无预载荷不同辊长和不同内径的情况进行了模态分析,得到了瓦楞辊3组前10阶模态的固有频率和固有振型数据,并将3组数据与实测载荷频率进行了分析比较,为瓦楞辊的减振降噪提供理论依据。     

救护直升机机载急救单元随机振动分析

为了解某救护直升机机载综合急救单元随机振动响应特性,针对载机平台振动特点,将载机宽带随机叠加正弦振动激励谱转换为ANSYS软件可用的纯随机振动谱,在ANSYS软件中建立了机载综合急救单元有限元模型,通过模态分析,获取了机载综合急救单元固有频率和振型。在此基础上施加转换后的载机振动谱并进行随机振动分析,得到了机载综合急救单元不同部位在激励频带范围内的动力响应及危险频率点,并对单元结构动强度进行了校核。仿真分析结果可为机载综合急救单元的抗减振设计提供参考依据。     

直齿圆柱齿轮模态的有限元法分析

利用三维设计软件Pro/E建立直齿圆柱齿轮力学模型,通过Pro/E与ANSYS的接口将模型导入到ANSYS中进行齿轮的模态分析。通过ANSYS求解得到直齿圆柱齿轮的固有频率和对应的模态振型。模态分析的结果为齿轮的设计和改进提供了新技术并提供了参考依据。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制研究

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行了建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行了对比,在验证了模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行了控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。     

A modification of the rigid finite element method and its application to the J-lay problem

This article presents the Rigid Finite Element Method (RFEM), which allows us to take into account the flexibility of a system. Beam-like structures are analyzed, in which large deformations occur. The RFEM has been developed many years ago and successfully applied to practical engineering problems. The main difference between this method and the classical Finite Element Method (FEM) is the element deformation during analysis. In RFEM, the finite elements generated in a discretization process are treated as nondeformable bodies, whilst in FEM the elements are deformable; in RFEM, flexible, mass-less elements with properly chosen coefficients are introduced. A modification of the stiffness coefficients used in RFEM is proposed and explained in the article. It is shown how these new coefficients applied in RFEM lead to the same energy of deformation as in the case when the system is discretized by the classical FEM. This means that the energy of deformation is identical to that obtained in FEM, which leads to identical deformations of the elements. It is of particular importance that the RFEM is a much simpler method, faster in calculations and easier to learn and interpret. Furthermore, the generation of the inertia and stiffness matrices is much faster than in FEM. Another advantage is relatively easy implementation for multicore processor architecture. The calculation examples investigated cover some practical problems related to the offshore pipe laying process. The J-lay method is simulated by the use of the author??s own computer model based on a modified RFEM. The model takes into account wave and sea current loads, hydrodynamic forces and material nonlinearity (plastic strains can develop during large deformation). The simulation results are compared with those obtained from the commercial package ANSYS.     

Model order reduction based on successively local linearizations for flexible multibody dynamics

An efficient method of model order reduction is proposed for the dynamic computation of a flexible multibody system undergoing both large overall motions and large deformations. The system is initially modeled by using the nonlinear finite elements of absolute nodal coordinate formulation and then locally linearized at a series of quasi-static equilibrium configurations according to the given accuracy in dynamic computation. By using the Craig-Bampton method, the reduced model is established by projecting the incremental displacements of the locally linearized system onto a set of local modal bases at the quasi-static equilibrium configuration accordingly. Afterwards, the initial conditions for the dynamic computation for the reduced model via the generalized-α integrator can be determined from the modal bases. The analysis of computation complexity is also performed. Hence, the proposed method gives time-varying and dimension-varying modal bases to elaborate the efficient model reduction. Finally, three examples are presented to validate the accuracy and efficiency of the proposed method.     

微/纳米传动平台的模态试验及优化设计

微/纳米传动平台中,柔性机构的弹性势必导致平台高速、高加速带来的残余振动。采用拉格朗日方法,建立了平台的动力学模型,得到了平台前5阶固有频率的解析式;分析了平台固有频率与柔性板簧厚度、长度的相互关系,得到了固有频率随柔性板簧厚度、长度的变化规律。应用有限元方法,分别仿真得到了前6阶固有频率和模态阵型;以固有频率为优化目标,建立了平台的优化模型。采用动态测试系统,分别对优化前、后的平台进行了模态试验分析;通过对比分析,得到了提高平台动态性能的方法,且模态试验结果表明,调整柔性板簧厚度、长度的方法是有效的、可行的。     

The finite element analysis of collapse loads of single-spanned historic masonry arch bridges (Ordu,Sarpdere Bridge)

The current methods used in estimating the collapse loads of masonry arch bridges have been examined, and a study has been made aiming the calculation of the behaviors of the single-spanned masonry arch bridges shows under certain loads with the method of static analysis.The model used for the study was 3D formed with the ANSYS package program, and the results of the analysis were achieved using this program, as well. The model that was created was obtained by using the original dimensions of the historical Sarpdere Bridge located within the province of Ordu. The results obtained have shown compliance with the existing studies in the literature.In addition, the effects of the loads on the bridge that were applied to the different places on the system were examined, and the behaviors of the single-span masonry arch bridges under the loads applied were evaluated. The filler and sidewalls on left and right sides of the arch bridge were differentiated the loading about 10%.