一种用子结构求解特征灵敏度的新方法

提出了一种利用子结构在p=p0处的固定界面主模态和约束模态作为Ritz基综合出非亏损对称系统的特征灵敏度的方法.与其它子结构灵敏度综合方法相比,该方法不需要对子结构的约束模态以及固定界面主模态作一阶或二阶灵敏度分析,只要有子结构的约束模态和固定界面主模态就可以得到整体结构的灵敏度.算例表明了该方法的有效性.     

部件试验模态综合的简便方法

本文将一种基于完备模态基的模态综合技术应用于子结构的试验模态综合,获得成功。这种半试验半理论的模态综合方法是一种较为简便的、要求试验工作量较小的试验模态综合法,因为它只要求测量子结构的振动模态和频率即可。数值仿真结果表明,这种简便的试验模态综合法是行之有效的。     

模态综合的交叉子结构方法

提出了一种称作“交叉综合法”的模态综合模型，在这种模型中，子结构的划分是彼此交叉重全的。在模态综合时，没有界面模式，全部以子结构的截尾构造基函数，以能量最小作为子结构的连接条件，用Rayleigh-Ritz法进行综合。由于全部采用了模态函数，可望达到较好的综合效果，本方法进行了几个例子的考证，并已将这种模型应用于复杂水工结构的模态分析。     

基于局部主频率的子结构损伤识别研究与试验

针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的局部主频率方法.子结构的局部主频率指:如果整体模态中含有以局部子结构位移为主的模态,即等价于在局部激励作用下,整体结构的振动主要体现为子结构的振动,并且主要以这阶局部模态振动为主,那么对应的该阶频率即定义为子结构的局部主频率.局部主频率主要反映子结构的局部特性,对子结构损伤的灵敏度高,所以只利用局部主频率就可以识别子结构.当子结构特征不明显时,提出通过附加质量使子结构具有局部主频率的有效方法.该文进行了大型空间桁架的局部动力测试试验,试验中通过附加质量使杆件子结构具有局部主频率,并能准确地识别出杆件损伤的位置和程度.     

利用POD方法的固定界面模态综合技术

利用POD(Proper Orthogonal Decomposition)方法结合固定界面模态综合方法,提出了一种求解局部非线性问题的降阶方法.该方法将系统分成线性、非线性子结构.对于非线性子结构,利用POD方法构造POM(ProperOrthogonal Mode)来代替传统的线性模态,然后利用线性约束模态代替非线性约束模态.文中通过算例说明了所提方法的有效性.通过此方法,避免了求解整个系统的响应,可以将POD降阶方法推广到含局部非线性的大型有限元模型.此外还提出采用一种更新的线性约束模态来近似估算非线性约束模态的方法,并利用该方法证明了当非线性子结构为弱非线性时,用线性约束模态代替非线性约束模态的合理性.     

连接子结构与子结构模态综合法

本文讨论了子结构模态综合法中连接子结构的定义方式和基本特征，提出了弹性、刚性和混合型三种类型的连接子结构。简要描述了应用连接子结构的模态综合技术及其在某些局部非线性动力问题中的应用前景。最后通过一重力坝固有特性的实例分析，说明应用连接子结构的子结构模态综合法具有应用方便、计算精度高的优点。     

模态缩减法在组合结构振动特性分析中的应用

本文将子结构通过联结元件联结为组合结构的过程处理为结构的修改，利用各子结构已知的振动特性，应用模态缩减法对组合结构的自由度进行压缩，快速预测组合结构的振动特性。在模态缩减中，取各子结构的剩余附着模态作为其保留模态的补充，以提高计算的精度。对于含刚体模态的子结构，采取移频技术进行处理，计算表明，子结构移频后，对应的刚体模态也取为保留模态时，既可简化计算过程又有利于提高计算精度。文中给出了具体的计算实例     

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。     

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。     

采用滑动模态控制器的实时子结构试验等效力控制方法

等效力控制方法用反馈控制代替数学迭代过程求解实时子结构试验隐式逐步积分方法的非线性方程。对于非线性结构实时子结构试验的等效力控制方法,采用滑动模态控制器代替ＰＤ和ＰＩ控制器。滑动模态控制是一种非线性控制器,适合线性和非线性系统的控制。线性弹簧试件的实时子结构试验模拟和试验验证了这种控制方法的可行性.防屈曲支撑试件试验模拟和试验的结果表明,非线性系统的等效力控制方法试验,滑动模态控制有较好的控制效果。     

偏心支撑框架空间子结构混合试验边界条件模拟方法

数值子结构的建模精度和子结构的边界条件模拟是子结构混合试验中的两个关键问题。为进一步研究这种新型结构试验方法对于空间框架结构的适用性,基于高强钢组合Y形偏心支撑框架模型展开研究。首先建立了一套由OpenSees, OpenFresco试验平台以及MTS加载系统组成的混合试验系统。然后分别针对2层、3层和4层3跨高强钢组合Y形偏心支撑框架,取底层带有偏心支撑的框架部分作为试验子结构,其余部分作为数值子结构在OpenSees中进行模拟。在混合试验之前,利用已有单榀试件拟静力试验结果对数值子结构的建模方法进行了数值模拟验证。最后选取El Centro波作为原始输入地震波,针对试验子结构的平动模拟和竖向荷载作用进行了一系列空间子结构混合试验。结果表明:通过数值模拟验证拟静力试验结果的方式,可以为混合试验中数值子结构的建模提供参考依据;采用双作动器水平加载来实现试验子结构的平动,可以有效考虑数值子结构对试验子结构的边界约束;竖向荷载的考虑,可以更真实的模拟试验子结构的重力二阶效应。     

基于子结构的有限元模型修正方法

提出了一种基于子结构的有限元模型修正方法。该方法将整体结构有限元模型划分为多个子结构模型,求解独立子结构的主模态特征解和特征灵敏度;通过位移协调条件和能量方程,约束相邻独立子结构,得到整体结构的特征解和特征灵敏度;并以整体结构模态和结构试验模态的残差为目标函数,通过调整子结构单元参数,完成有限元模型修正。当结构局部参数发生变化,通过分析某一个或几个子结构即可求解整体结构特征解和特征灵敏度,而不需要分析其他未发生变化的子结构。由于子结构模型尺寸远小于整体结构,该方法能够极大地提高有限元模型修正方法的精度和效率。     

Substructuring in the implicit simulation of single point incremental sheet forming

This paper presents a direct substructuring method to reduce the computing time of implicit simulations of single point incremental forming (SPIF). Substructuring is used to divide the finite element (FE) mesh into several non-overlapping parts. Based on the hypothesis that plastic deformation is localized, the substructures are categorized into two groups: the plastic—nonlinear—substructures and the elastic—pseudo-linear—substructures. The plastic substructures assemble a part of the FE mesh that is in contact with the forming tool; they are iteratively updated respecting all nonlinearities. The elastic substructures model the elastic deformation of the rest of the FE mesh. For these substructures, the geometrical and the material behaviour are assumed linear within the increment. The stiffness matrices and the internal force vectors are calculated at the beginning of each increment then they are statically condensed to eliminate the internal degrees of freedom (DOF). In the iteration process the condensed stiffness matrices for the elastic substructures are kept constant. The condensed internal force vectors are updated by the multiplication of the condensed stiffness matrices and the displacement increments. After convergence, any geometrical and material nonlinearity for the elastic substructures are nonlinearly updated. The categorization of substructures in plastic and elastic domains is adapted during the simulation to capture the tool motion. The resulting, plastic and condensed elastic, set of equations is solved on a single processor. In an example with 1600 shell elements, the presented substructuring of the SPIF implicit simulation is 2.4 times faster than the classical implicit simulation.     

FRP布加固混凝土框架子结构抗连续倒塌的精细有限元分析EI北大核心CSCD

外贴FRP布加固是一种有效提高既有建筑抗连续倒塌性能的手段,但现有FRP布加固方式存在降低结构抗震性能、加固施工不便等缺点。该文采用数值模拟方法分析了FRP布加固方式对现浇和装配式混凝土框架子结构抗连续倒塌与抗震性能的影响,并开展了优化方案研究。基于通用有限元软件LS-DYNA建立了FRP布加固混凝土框架子结构的连续倒塌精细数值模型,其中混凝土、钢筋与FRP布分别采用实体、梁与壳单元进行模拟,考虑了FRP布和钢筋的滑移、新旧混凝土界面的粘结失效和机械套筒处的钢筋截面损失。试验验证表明该方法可准确模拟试验试件的破坏模式和承载力发展。分析试验试件的不同粘贴方案结果发现:对现浇混凝土子结构,梁底与梁侧中性轴粘贴纵向FRP布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布后,小变形下的结构倒塌抗力提升有限(最大仅2.6%)、基本不影响结构抗震性能,而对大变形下的结构倒塌抗力提升幅度可达49.5%;对于装配式混凝土子结构,在梁底、梁顶与梁侧底部外贴纵向布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布可将小变形和大变形下的结构抗力最大提升24.2%和48.1%,使得装配式子结构在小变形下受力等同现浇结构,提升了原装配式子结构的抗震性能。对上述最优方案进一步的分析表明:保持FRP布用量不变而将塑性铰区内U形横向FRP布的分布范围和条数增加可提高大变形下的结构倒塌抗力,而不影响小变形下的加固效果。     

拉-压及拉-扭载荷下6063合金的疲劳行为

对6063锻造铝合金进行了不同应力幅值下拉-压及拉-扭复合疲劳试验,并用透射电子显微镜观察了疲劳失效试样的位错结构。结果表明:在循环加载过程中,循环硬化占据主要地位,循环硬化的速率和程度对应力幅值和加载路径有依赖性;相同应力幅值下,试样在拉-扭复合加载下失效比拉-压失效形成更为复杂的位错结构,且位错密度更高;位错之间及位错与析出相的交互作用是材料发生循环硬化的主要原因,循环硬化程度越高,疲劳寿命越短。     

双腔结构消声器声学性能计算子域耦合方法

提出基于子域划分的耦合方法求解双腔结构消声器声学性能。据结构特点或材料属性将消声器分为不同子域,用数值模态匹配法或三维解析方法求解规则等截面子域结构传递矩阵,用三维数值方法求解非规则渐变截面子域结构传递矩阵,用子域连续条件求得消声器整体矩阵,进而获得消声器传递损失。分别用基于子域划分的耦合方法、三维有限元方法及数值模态匹配法计算典型双腔结构消声器的传递损失。结果表明,基于子域划分的耦合方法适用预测双腔结构消声器声学特性,与数值模态匹配法相比计算效率较高。     

复杂系统子结构界面缝合方法

把设计阶段已有的部件有限元模型作为子结构,可大幅度提高复杂系统计算效率,但会使子结构交界面上的节点网格不一致。为了满足界面位移协调条件,传统方法需要构造复杂的界面单元。该文提出一种子结构界面缝合方法,可在不需要界面单元的前提下实现子结构拼接,并且在合并子结构的同时,将界面位移凝聚到合成后的子结构边界上,从而提高了计算效率,也为设计阶段的多部门分工协作提供了便利。数值算例验证了所提方法的有效性。     

Dislocation substructures developed during dynamic recrystallisation in polycrystalline nickel

Abstract

The dislocation substructures developed during dynamic recrystallisation (DRX) were studied by means of tensile tests and metallographic observations on polycrystalline nickel. The average cell size in the homogeneous substructures decreased rapidly with straining to about half the peak strain, whereupon DRX nuclei began to form. The average cell size then approached a constant value for increasing strain. Full DRX substructures were distributed heterogeneously throughout all areas, and were classifiable into three categories: (i) DRX nuclei, (ii) growing DRX grains containing a dislocation density gradient, and (iii) large DRX grains with a fairly homogeneous substructure. The average cell size in region (iii) could be expressed as a function of either the peak flow stress or the DRX grain size. The relationship between these microstructures and flow behaviour under DRX are discussed in detail.

MST/1285     

交叉立体桁架系巨型网格结构的超级元与子结构相结合计算法

针对交叉立体桁架系巨型网格结构杆件、节点多、计算工作量大的特点,提出了超级有限元与子结构相结合的简化求解方法:采用三节点立体桁架超级元来处理主体结构中的立体桁架,用子结构法来处理大网格内的子结构。推导了超级元刚度矩阵及子结构参与协同承载时对整体结构的刚度贡献。经编程对比计算分析表明,该法计算精度高,误差基本保持在5%以内,计算工作量较完全有限元法明显降低,且可考虑子结构的参与协同承载,是分析巨型网格结构的一种比较优越的方法。