降阶模型及其在大跨度屋盖结构风振中的应用研究

该文建立了一种适用于气弹系统中非线性结构的降阶模型及系统识别方法,并首次将结构降阶模型应用到大跨度屋盖风振结构模型的建立中。非线性结构采用降阶模型并通过高精度有限元模型的非线性系统识别来建立,该模型在结构的模态坐标中将应变能泛函表示为结构模态振幅的多项式函数,该多项式的系数由高精度有限元模型计算所得的模态和应变能信息确定。该方法对一大跨度屋盖的风振响应做了分析,计算结果与采用高精度模型所得结果和实验结果及用ANSYS计算结果进行了比较,结果符合良好。该文的结构降阶模型对于建立非线性结构模型是准确有效的。     

建立有阻尼振动系统低阶高精度动力学模型的方法

本文提出了利用实测传递函数和有限元分析建立有阻尼复杂结构动力学模型的方法。首先将有限元模型进行降阶处理,然后用实测传递函数构造目标函数,并用优化理论中的共轭梯度法对降阶后的有限元模型进行修正计算,从而得到低阶高精度动力学模型。经计算机仿真验证,本方法有令人满意的计算精度。     

基于近似模型的大型汽轮发电机定子端部绕组动力响应预测研究

针对电磁力作用下大型汽轮发电机定子端部绕组动力响应建模及计算复杂问题,提出一种基于数据驱动的支持向量回归动力响应预测方法。通过少量典型样本构建某600 MW汽轮发电机动力响应近似模型,从而代替复杂耗时的有限元模型预测不同结构参数下的动态性能。以端部绕组鼻端位移峰值作为动力响应的关键指标,首先选取绑环刚度、径向支架刚度以及滑销和径向支架之间的固定约束数目为设计变量,通过正交试验设计获取样本,在ABAQUS软件中分别建立试验样本对应的有限元模型,再对其进行计算获得鼻端位移时程曲线;然后通过遗传算法对支持向量机中的参数寻优构建端部绕组动力响应的近似模型,对比结果显示,该近似模型精度优于基于响应面法和克里金插值法构建的预测模型;最后基于近似模型探讨了设计参数对鼻端位移峰值的影响规律。该方法可用于后续的优化设计以及装备数字孪生系统中电气和力学性能的实时求解与计算。     

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论，采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场，并采用Green应变张量描述应变能，用Hamilton原理建立系统动力学方程。揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散，基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明，旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大．从而只存在一阶临界转速，且当中心刚体半径超过临界半径时．不存在临界转速。     

含裂纹功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁的屈曲载荷计算与分析

含裂纹构件的屈曲载荷是结构是否安全的判定准则之一, 其计算与分析也是结构健康监测和安全评价中关注的重要问题。基于Euler-Bernoulli梁理论和Timoshenko梁理论, 建立了一种求解含裂纹功能梯度材料梁的屈曲载荷计算方法。首先裂纹导致的构件截面转角不连续性由转动弹簧模型进行模拟, 再根据功能梯度材料Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁的屈曲控制方程及其闭合解, 由传递矩阵法建立了求解含裂纹功能梯度材料梁在多种边界条件下屈曲载荷的循环递推公式和特征行列式, 使问题通过降阶的方法得到快速准确的解答。数值算例研究了剪切变形、 裂纹的不同数目及位置、 材料参数变化、 长细比和不同边界约束条件等对含裂纹功能梯度材料梁屈曲载荷的影响。结果表明该方法可以简单、 方便和准确地计算不同数目裂纹和任意边界条件下功能梯度材料梁的屈曲问题。      

弹性-粘弹性复合结构的Krylov子空间模型降阶方法

针对弹性-粘弹性复合结构的动力学模型降阶问题，提出用Krylov子空间作为投影子空间进行模型减缩的方法。首先介绍了二阶时不变动力学模型的Krylov子空间的定义，并证明了经Krylov子空间方法降阶得到的模型具有与原模型的部分低频矩量相等的特性。然后给出了计算Krylov向量的算法。最后以一表面部分粘贴约束阻尼结构的正交异性悬臂板为例，分别用Krylov子空间方法和迭代动力缩聚法进行了模型降阶，并对原模型和降阶模型进行了频率响应分析，结果表明，采用Krylov子空间降阶后的模型能较好地保持原模型的动力学特性且降阶幅度大。     

基于Timoshenko梁理论的钢-混组合梁动力刚度矩阵法

基于Timoshenko梁理论提出了适用于分析钢-混组合梁自振特性的动力刚度矩阵法,该计算模型中考虑了钢-混结合面剪切滑移、剪切变形和转动惯量的综合影响。动力刚度矩阵推导过程中未引入近似位移场或力场,因此,计算结果是准确的。与其他Timoshenko梁模型最大的不同是假设混凝土子梁和钢梁分别具有独立的剪切角,这个假设更加符合组合梁的实际运动,因此,计算结果更加准确。与已发表文章中的试验梁频率计算结果作对比分析;并讨论了不同剪力键刚度、跨高比时,剪切变形和转动惯量对钢-混组合梁自振频率的影响。结果表明:相对于已有的Euler-Bernoulli组合梁、子梁转角相同假设的Timoshenko组合梁模型,文中计算方法具有更高的计算精度,尤其是对于高阶频率;频率越高、剪力键刚度越大或跨高比越小,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差越大;对于1阶、2阶和3阶频率,高跨比分别大于10、18和25后,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差小于5%。     

随机结构动力可靠度计算的条件概率方法

针对复合随机可靠度问题,基于动力响应跨越过程的Markov假设基础上,建立了条件概率求解的两种方法:一是基于泰勒展开法推导了随机结构动力可靠度计算的2阶近似表达式;二是基于数理统计概念建立了基于Kriging模型的数值抽样法。其中,Kriging抽样法通过Kriging插值模型来拟合动力可靠度与结构随机参数间的非线性关系,因此可以直接利用有限元结果分析随机结构参数对动力可靠度的影响,避免了理论推导的繁琐和困难。数值算例结果表明,基于Kriging模型的数值抽样法不仅对变异系数大小不敏感,在计算精度和计算效率方面也更具优势。     

求解变截面梁变形的快速解析法

对于有复杂载荷的变刚度梁,常用的方法无法求得解析解。该文提出了一种快速求解变截面梁变形解析解的连续分段独立一体化积分法。该法首先将梁进行连续分段,建立一种复杂载荷下变刚度梁求解的通用力学模型,从该模型推导出任一截面的具有四阶导数的挠曲线微分方程。然后独立积分四次,得到挠度的通解。再根据边界条件和连续性条件确定积分常数。在连续曲线形变截面梁模型建立和求解推导过程中,不需进行载荷和梁结构的简化,直接用符号运算软件编制对梁变形求解解析解的程序,实现了对复杂载荷变刚度梁解析解的计算机求解。该文采用连续分段独立一体化积分法求得了阶梯形变截面梁、等高变宽变截面梁和等宽变高变截面梁等三个工程实例的解析解。工程实例表明,该方法建立数学模型简单,计算编程程式化,可以快速求得解析解。     

基于差距映射的变可信度近似模型构建方法

为缓解复杂工程产品设计优化中计算复杂度和计算精度之间的矛盾,结合最小二乘支持向量回归（least squares support vector regression，LSSVR）模型，提出一种基于差距映射的变可信度近似模型构建方法，即最小二乘支持向量回归差距映射（LSSVR with difference mapping framework，DMF-LSSVR）方法，以实现小样本条件下高精度近似模型的构建，并通过工程实例验证该方法的有效性。工程实例结果显示所提出的方法具有较高的预测精度,可为复杂工程产品的设计优化提供理论基础。     

Fast dynamic performance optimization of complicated beam-type structures based on two new reduced physical models

In this article, two new model reduction methods for fast dynamic performance optimization of complicated beam-type structures are presented. In the new model reduction methods the projection of structural nodal degrees of freedom is carried out using the localized base vectors, which are obtained by physical hypothesis. The first new model reduction method constructs the base vectors based on the assumption of block-wise rigid body motion modified by minimizing the displacement error measured in strain energy. The second new model reduction method is based on the plane cross-section assumption, and the cross-sectional warp deformation is also taken into consideration. Then, two reduced optimization models based on each method and design variable decomposition are formulated and solved. Both reduced optimization models are compared with the response surface method-based structural optimization approach. Some examples are presented to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed methods.     

简谐激励下阻尼复合结构多尺度拓扑优化设计

目的 为得到抗振性能良好的板壳结构,保证设备的正常工作,文中提出一种板壳阻尼复合结构多尺度优化设计方法。方法 以动柔度为目标,建立频域激励下和固定频率点激励下板壳阻尼复合结构中阻尼材料宏观分布和微结构协同设计的多尺度问题的数学模型,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度,并基于移动渐近线法求解优化数学模型。结果 所提多尺度设计方法可以有效获得板壳结构最优阻尼材料宏观布局和最优阻尼复合材料微结构构型,提高了结构的动力学性能,同时结果也表明涂敷阻尼复合材料结构的振动响应相较于仅涂敷单一阻尼材料的振动响应大幅减小。结论 研究表明,不同激励频率下阻尼材料的宏观分布形态不同,阻尼材料主要分布于结构模态振型位移的最大处和支撑端,通过加强结构的刚度,抑制了结构变形,减小了振动响应。微结构构型基本类似,其基本形态都是低刚度、高阻尼材料呈条状分布,条状分布的阻尼复合材料微结构在受弯方向上的刚度较大,可以有效抵制结构的弯曲变形。     

高速列车横向半主动悬挂系统建模研究及分析

半主动悬挂控制是提高高速列车横向平稳性有效的方法。然而，车辆动力学模型的复杂性。用复杂模型设计出的控制器也是复杂的，且需要多个传感器对多个物理量进行检测，使其很难在实际车辆中应用。针对这一问题，提出一种有利于控制算法设计，又能反映车辆横向振动主要特点的3自由度简化模型和利于控制算法性能研究仿真的17自由度模型，用3自由度模型设计自适应预测控制算法，用17自由度模型进行仿真验证，有效解决了模型与控制的矛盾问题。     

阻振质量-刚度-阻尼材料配置同步优化的基座声学设计

提出了一种通过配置阻振质量、优化构件尺寸和阻尼材料的基于声功率级约束的基座优化设计方法。不同于以往通过基座减振优化设计进而减小辐射噪声的方法,验证了基座声学优化设计对声隐身特性的直接效果。分别建立阻振质量单独优化、阻振质量-基座刚度同步优化、阻振质量-基座刚度-阻尼材料综合优化三种基座声学优化模型,比较了三种优化模型的优缺点。通过建立某算例基座声学动态代理模型,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络方法进行优化计算,得到满足设计要求的最优设计,拟合误差较小,结果较为可信。     

周期性多孔结构特征值拓扑优化

为了实现尺度关联周期性多孔结构的隔振性能优化,提出一种周期性多孔结构特征值拓扑优化方法.基于子结构动态凝聚方法对多孔结构的刚度和质量矩阵进行缩减,采用局部水平集函数(LLSF)对多孔结构进行几何隐式描述,以最大化前6阶特征值为目标函数,以结构体积分数为约束条件,建立周期性多孔结构特征值拓扑优化模型,采用优化准则法对拓扑...     

摩托车车架动态性能优化设计技术的研究

为有效解决摩托车的振动问题,论文对车架结构动态性能进行了分析,建立了车架结构优化的数学模型。基于车架的有限元模型,进行了动力学灵敏度分析和优化设计。通过改变车架的板厚、管径、壁厚等,在满足约束条件的前提下,达到了性能匹配效果,有效的降低了振动。     

随机参数智能桁架结构振动控制中主动杆的优化配置

该文研究压电智能桁架结构振动主动控制中结构物理参数，作用荷载和控制力同时具有随机性时，压电主动杆的最优配置和增益优化问题，采用智能结构的状态空间模型建立了以最大耗散能准则来基础的目标函数，建立了具有动应力，动位移可靠约束的主动杆的优化配置和增益优化模型，对结构动力响应的数字特征进行了推导，并通过一智能桁架结构的优化配置计算，说明该优化配置模型的合理性和有效性。     

斯特林制冷机直线压缩机共振频率与特性研究

文章主要基于斯特林制冷机直线压缩机及其相应简化物理模型,给出了压缩活塞—弹簧振动系统的动力学控制方程,就直线压缩机的共振频率及特性进行了系统分析,对整机优化设计与性能改进具有重要意义。     

含刚性阻振质量舱壁结构隔振特性优化设计

基于波动理论,分析了刚性阻振质量对振动波传递的阻抑特性,讨论了振动波入射角度、阻振质量横截面尺寸对其隔振性能的影响。在理论分析的基础上,从阻抗失配的角度出发,将刚性阻振质量环和刚性阻振质量锯引入舰船典型舱壁,构造具有高传递损失特性的舱壁结构,并采用动力学优化设计方法开展了舰船高传递损失舱壁结构隔振特性优化设计。研究结果表明：优化后的舱壁结构在有效减弱动力舱段本舱振动的同时,更加显著地阻隔了振动波向邻近舱段的传递。     

微振动主动隔振平台的超磁致伸缩驱动器设计

对三自由度微振动主动隔振平台的基础器件--超磁致伸缩驱动器（GMA）和放大机构进行结构参数的优化设计。基于对GMA系统从能量输入到输出整个过程的电-磁-机械耦合特性分析,提出了结构的能量损耗率最小的优化方法。结构参数优化后的GMA能量损耗率仅为优化前的0.34倍。将优化结果带入驱动系统动力学模型,优化后的位移响应幅值增大为优化前的2.28倍,初始时刻的冲击加速度响应减小为优化前的0.11倍。仿真结果表明基于能量损耗率最小的超磁致伸缩驱动系统的优化设计方法有效,设计结果满足微振动隔振平台对GMA及放大机构的驱动稳定性、驱动效率、驱动幅值的设计要求。