链式结构系统动力特性的灵敏度分析

提出了一种求解链式结构系统的动力特性灵敏度的解析方法。首先根据结构系统振动的传递矩阵法建立了求解系统动力特性(固有频率和模态振型)的方程,在此基础上对系统动力特性的灵敏度进行了分析,导出了系统固有频率和模态振型对结构参数灵敏度的计算表达式。最后通过算例说明了文中模型的合理性和求解方法的有效性,并获得了一些有意义的结论。     

随机参数链式结构系统的动力特性分析

以随机参数链式结构系统为研究对象,根据链式扭振系统的传递矩阵法建立了求解系统固有频率的方程,对系统的转动惯量和扭转刚度具有随机性时的系统动力特性进行了分析,利用代数综合法推导出系统特征值随机变量数字特征的计算表达式,并提出基于概率的结构动力特性求解方法。通过算例验证了所建模型的合理性和所提方法的正确性、有效性,并考察了系统物理参数的随机性对其动力特性的影响。     

机械结构系统固有频率的一种子结构修改方法

对在机械结构系统上附加子结构，从而使综合结构具有给定固有频率的动力修改问题提出了一种求解方法。该方法将附加子结构的固有频率修改问题化为一个低阶实对称矩阵特征值的求解问题，并导出了附加子结构质量与刚度参数的通解形式。     

随机参数弹性连杆在平稳随机激励下的动力可靠性分析

研究随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下的动力响应分析。利用拓广的随机因子法,从求解系统固有频率的瑞利商公式出发,得出物理参数和几何参数均为随机变量的弹性连杆时变固有频率的均值和方差。从动力平稳随机响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数的矩法和数字特征的代数综合法,计算出随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下弹性位移和速度的均方值的均值、方差表达式,由动力可靠度的公式导出其动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过算例,分析机构物理参数和几何尺寸的随机性对机构动力可靠度随机性的影响。     

柔性机器人协调操作系统动力特性分析

柔性机器人协调操作系统的模型参数从本质上决定了系统的动力特性，而其固有频率又是评价系统内在特性的一个重要指标。过去系统参数和系统固有频率及其动力性能之间的关系没有引起重视，利用柔性机器人协调操作零自由度刚体的动力学模型通过理论推导和实例仿真揭示了柔性机器人协调操作各模型参数和系统固有频率之间的内在联系，分析了其对于系统动力性能的影响，对于柔性机器人协调操作系统操作物体位置误差的控制和高性能柔性机器人协调操作系统的设计都有很重要的意义。     

基于泛灰数学的不确定链式结构系统固有频率分析

针对不确定因素对系统动力特性的影响,在应用泛灰数学的基础上,对不确定链式结构系统固有频率的求解方法进行了研究。首先,通过对泛灰数四则运算结果的分析,指出了利用泛灰数进行区间分析存在的缺陷,提出了一种改进的泛灰数除法运算规则,进而将链式结构系统中的不确定性参数用泛灰数表示;其次,基于矩阵传递法,导出了系统固有频率的非线性泛灰方程,并针对该方程的求解,在运用泛灰数运算规则的基础上,提出了一种区间搜索进退算法;最后,通过算例说明了笔者算法的可行性和求解方法的有效性。     

泛灰数学的不确定链式结构系统固有频率分析

针对不确定因素对系统动力特性的影响,在应用泛灰数学的基础上,对不确定链式结构系统固有频率的求解方法进行了研究。首先,通过对泛灰数四则运算结果的分析,指出了利用泛灰数进行区间分析存在的缺陷,提出了一种改进的泛灰数除法运算规则,进而将链式结构系统中的不确定性参数用泛灰数表示;其次,基于矩阵传递法,导出了系统固有频率的非线性泛灰方程,并针对该方程的求解,在运用泛灰数运算规则的基础上,提出了一种区间搜索进退算法;最后,通过算例说明了笔者算法的可行性和求解方法的有效性。     

随机平面桁架动力特性蒙特卡罗法的节俭研究

考虑平面桁架所有结构参数的随机性，通过随机因子法和对随机参数间相关性的研究，对结构的质量矩阵和刚度矩阵的随机性提出了两种近似处理方法。第1种方法能获得结构动力特性均方根上限，第2种方法能获得结构动力特性随机性的近似解，这两种方法都能显著节俭Monte—Carlo数值模拟法求解的计算量。算例表明，该方法不但节省了数值模拟的时间，且具有较好的精度。     

随机参数轴盘扭振结构系统动力特性优化设计

研究具有随机参数的轴盘扭转振动系统动力特性的可靠性优化设计问题。给出在考虑结构材料密度和切变弹性模量为随机变量时,结构系统动力特性数字特征的计算方法,建立以轴和盘的几何尺寸为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足基频或频率禁区可靠性约束的结构系统动力优化设计数学模型,利用复合形法求解。通过算例表明该模型和方法是合理与有效的。     

用附加质量和刚度修改结构固有频率与局部振型

对在结构局部自由度上附加质量与刚度，从而使结构某阶固有频率与局部振型分量满足给定设计要求的动力修改问题提出了一种求解方法。本文方法仅需利用结构局部自由度上的动柔度参数，计算过程简便。给出了一悬臂梁的固有频率与局部振型修改算例来说明方法的有效性。     

随机参数板梁组合结构的动力特性分析

以随机物理参数板梁组合结构为对象,研究了基于概率的结构动力特性分析方法。利用随机因子法,建立了考虑结构弹性模量和质量密度同时具有随机性时结构的刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的瑞利商表达式出发,利用代数综合法推导出结构特征值随机变量数字特征的计算表达式。通过算例,分析了结构物理参数随机性对结构动力特性的影响,并表明文中模型和方法的合理性与可行性。     

随机参数压电智能梁结构的动态特性分析

针对压电智能梁结构，采用6个位移自由度、2个电自由度的有限元模型，利用Hamilton原理推导了结构的动力学方程。基于随机因子法分析了随机参数压电智能梁结构的动态特性；从结构振动的Rayleigh商出发，利用代数综合法推导出结构固有频率随机变量数字特征的计算表达式。以智能悬臂梁为例，分别利用文中的方法和Monte arlo数值模拟法对其动态特性进行了计算和比较。结果表明，随机因子法是处理智能结构随机性的一种比较方便、实用而精确的方法。     

三轴标准振动台簧片解耦结构遗传算法多参数优化设计

针对三轴标准振动台簧片解耦结构低固有频率及非线性特性导致的工作频率范围受限及输出振动波形严重失真等问题,首先基于确定的解耦结构关键参数及简化组合,通过Ansys模态和瞬态动力学分析,得到相应参数变化时三轴标准振动台的固有频率和输出波形失真特性。进一步,采用多元非线性回归法建立准确表征固有频率、失真度与关键结构参数间非线性变化关系的回归方程,并基于NSGA-II遗传算法对簧片解耦结构进行多参数优化,求解得到前3阶固有频率、弯曲振型固有频率最大可分别提升123.95%、166.85%及失真度最大可降低36.83%的最佳簧片结构参数。最后,实验测试表明最优簧片解耦结构对应的三轴标准振动台在固有频率及输出波形失真度两方面性能均得到提升,验证了簧片解耦结构遗传算法多参数优化设计的有效性,为其他多维柔性结构优化设计提供了参考。     

振动夹具的综合优化设计

夹具设计要求质量轻、刚度大。为了在这两者间取得平衡,文中综合使用拓扑优化和尺寸优化两种方法对夹具进行优化设计以实现设计目标。基于拓扑优化结果设计了夹具的拓扑优化模型。虽然相对于初始模型,该模型的第1阶固有频率降低了36.5%,但其质量降低了66.7%,表明拓扑优化效费比显著。以设计参数的合理设计范围作为约束条件,把使第1阶固有频率最大和夹具质量最轻作为优化目标来实施尺寸优化,得到夹具的详细设计模型。与拓扑优化模型相比,该模型的质量降低了3%,第1阶固有频率提升了6%。之后对振动夹具实施了随机振动试验。受试设备安装点的功率谱密度响应曲线的均方根值最大为输入谱均方根值的1.17倍,说明夹具具有良好的动力学传递特性,夹具的综合优化设计方法有效可行。     

基于概率的随机参数智能梁结构动力特性分析

对随机参数压电智能梁开展了基于概率的结构动力分析研究。建立了压电材料和主结构材料的物理参数和几何参数具有随机性时结构的刚度矩阵和质量矩阵 ;从结构振动的瑞利商表达式出发 ,通过从刚度矩阵和质量矩阵中提出随机因子 ,利用代数综合法推导出结构特征值随机变量数字特征的计算表达式。最后提供了两个算例以说明物理和几何参数随机性对结构动力特性的影响。     

SEISMIC RANDOM VIBRATION ANALYSIS OF STOCHASTIC STRUCTURES USING RANDOM FACTOR METHOD

Seismic random vibration analysis of stochastic truss structures is presented. A new method called random factor method is used for dynamic analysis of structures with uncertain parameters, due to variability in their material properties and geometry. Using the random factor method, the natural frequencies and modeshapes of a stochastic structure can be respectively described by the product of two parts, corresponding to the random factors of the structural parameters with uncertainty, and deterministic values of the natural frequencies and modeshapes obtained by conventional finite element analysis. The stochastic truss structure is subjected to stationary or non-stationary random earthquake excitation. Computational expressions for the mean and standard deviation of the mean square displacement and mean square stress are developed by means of the random variable's functional moment method and the algebra synthesis method. An antenna and a truss bridge are used as practical engineering examples to illustrate the application of the random factor method in the seismic response analysis of random structures under stationary or non-stationary random earthquake excitation.     

短时脉冲激励下隧道振动响应与模态参数识别

为了研究短时脉冲激振力下隧道结构振动响应及有效地提取隧道结构的模态特征。首先分析了锤击作用下的不同短时脉冲激振力精度及其频域特性,其次将短时脉冲激振力应用于上海地铁12号某盾构隧道进行了现场动力测试,最后分析了脉冲激振与隧道结构响应之间的传递函数,并结合随机减量、正交多项式法及自回归滑动平均模型法有效地提取隧道结构的模态参数。结果表明:短时脉冲激振力的中低频振动信号在隧道结构中传递特性较好,传递距离较远。隧道结构的模态频率呈现明显低频特征,前10阶模态频率在100 Hz以下。因此,短时脉冲激振力能够很好地应用于隧道动力测试及模态识别,可为基于模态特征的隧道结构损伤识别及健康监测多个研究领域提供有效的支撑和参考依据。