基于路面一致激励车桥耦合非平稳随机振动分析

基于路面不平顺一致输入激励,采用虚拟激励法研究车辆变速行驶三维车桥耦合非平稳随机振动响应。首先,将桥梁离散为板-壳实体单元,车辆简化为三维九自由度体系,考虑路面输入激励的多点不相干,将路面不平顺引起的荷载等效为虚拟激励荷载,建立三维车-桥耦合非平稳随机振动模型;然后,运用精细积分格式迭代求解,与Monte-Carlo法计算结果对比验证模型的正确性;最后,以某高速公路梁桥为背景,研究车辆匀加速行驶在B级桥面桥梁各点动响应。结果表明:笔者提出的计算模型及算法正确可行;相同路面激励引起的跨中位移和加速度响应峰值大小取决于瞬时最大车速;车辆变速行驶比匀速行驶具有更宽的共振频率区间,跨中位移和加速度最大值随车速呈现先快后缓的增长趋势。     

路面激励空间效应对车桥耦合随机振动的影响

基于GB/T 7031—2005路面不平顺功率谱,建立多点相干输入激励的车桥耦合振动模型,研究路面输入激励空间效应对车桥耦合振动响应的影响。将三轴自卸汽车离散为三维九自由度的弹簧-阻尼-质量体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面不平顺输入激励的时滞性和相干性,基于虚拟激励法建立路面相干激励的三维车桥耦合随机振动模型。以三跨连续梁桥为背景,研究路面输入激励的相干效应、时滞效应及一致效应对车桥系统、车辆振动及频谱特性的影响。结果表明:3种输入激励的空间效应对桥梁位移和加速度振动响应存在差异,路面激励的空间效应对车体响应影响比后悬架明显;路面输入激励的空间效应对车-桥耦合与路面谱的共振频率影响较小;研究路面不平顺激励对车桥耦合振动影响时,需考虑路面不平顺输入激励的空间效应。     

桥面不平引起车桥系统随机振动车速因素分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度系统,桥面不平顺引起的车桥耦合振动荷载等效为虚拟激励荷载,建立移动车辆-桥梁耦合随机振动模型,运用虚拟激励法((pseudo excitation method,简称PEM)并结合模态综合叠加技术进行求解。将数值迭代结果与Monte-Carlo法对比,验证求解算法的正确性。以简支梁桥为例,在频域内对桥面不平顺引起车桥耦合随机振动的车速因素进行分析。结果表明:桥梁跨中竖向位移均方根值随车速变化较大,车速对位移和加速度功率谱曲线的1阶频率峰值和带宽影响显著;近支点加速度功率谱曲线的峰值、频率及带宽随车速变化明显。研究桥面不平顺引起的车桥耦合随机响应,车速对桥梁和车体振动影响不可忽略。     

用于分析车辆随机振动的一种新方法

针对虚拟激励法描述过于简化的问题,从理论基础和基本公式出发,对虚拟激励法的基本原理进行了总结与说明,建立了虚拟激励、虚拟响应与其导数的关系.采用1/4车辆2自由度系统振动模型,应用虚拟激励法的思想.构造了虚拟路面激励,推导了1/4车辆两自由度振动系统的频率响应特性,建立了求取系统振动响应量功率谱密度的公式.给出了应用虚拟激励法求解振动响应量功率谱密度的算例.结果表明,虚拟激励法取得了与傅里叶分析方法相同的效果,但推导更简单,不用推导振动响应量的频率响应特性.     

复杂结构的风激随机振动分析

将随机振动虚拟激励法引入风工程,用于求解大型复杂结构抖振响应。计算自动包含了激励之间的非完全相关性、振型之间耦合项的贡献,并且保持了高效、快捷的特点。特别适合于实际工程应用。以一座大型门式起重机的抖振响应为例,分析了风激励振动对操作平顺性的影响。     

汽车由路面激发的演变随机响应预测

建立了垂向汽车动力学模型和道路虚拟输入模型。在精细时程积分法和虚拟激励法的基础上,提出了时不变线性汽车系统在演变随机激励下的响应的一个简便实用解法。并以简化汽车模型为例,考察了变速行驶时的平顺性问题,验证了该方法的有效性。     

虚拟激励法在叶轮随机振动分析中的应用

叶轮在运转过程中受到各种随机气动载荷的作用。分析时可以采用时域方法,用单向耦合方式求解结构的位移及应力响应,但整个多载荷步瞬态分析十分耗时。本文基于频域分析,采用虚拟激励法求解随机气动载荷作用下叶轮结构的响应问题,同时利用ANSYS谐响应分析模块及 APDL 命令流,实现了多维多点虚拟激励法在离心式压缩机叶轮的工程应用,得到叶轮结构的响应谱特征,继而求得响应的均值、方差、各阶谱矩等,为求解叶轮的超越概率以及可靠度指标等打下了基础。     

基于ANSYS的车桥耦合动力学仿真分析

介绍了车桥耦合动力学分析的主要特点、常用求解算法与理论模型。通过建立斜拉桥桥面的动力学数学模型,求解了桥面的一阶固有频率。利用ANSYS对斜拉桥进行了模态分析、谐响应分析以及瞬态动力学分析。     

基于PIM法车桥耦合模型Duhamel项迭代格式选择

考虑荷载在积分步长内的协调分解和不变常量,结合模态综合叠加技术,建立移动弹簧质量车桥耦合振动模型,引入精细积分算法(precise intergration method,简称PIM),并采用科茨及高斯积分格式展开精细积分中Duhamel非齐次项进行求解。以移动弹簧质量车模型作用于简支梁桥为例,分析积分步内荷载等效方法及Duhamel非齐次项展开方式对车桥耦合振动响应的影响。研究结果表明:荷载协调分解并结合科茨积分格式计算结果与解析解更接近,Newmark-β法积分步长内荷载分解形式对计算结果影响较小;荷载协调分解的高斯积分格式计算结果呈发散趋势,待定系数法计算结果与实际偏离较大;Newmark-β法能满足工程需要,但在保证相同计算精度时,需采用较小积分步长、同时耗费较多计算时间;与其他几种数值方法相比,积分步长内荷载协调分解并将科茨积分格式引入精细积分的算法(PIM-Cotes-Harmonize,简称PIM-C-H法),具有快速收敛且计算快的优势。     

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。     

运用模态综合法的车桥自激激励耦合振动分析

针对车桥耦合振动影响自动化码头集装箱小车-低架桥结构安全和使用效率的问题,基于双协调自由界面模态综合法求解了车桥系统在轨道不平顺和轮对蛇形运动自激激励下的耦合振动时域响应,轨道不平顺时程通过Shinozuka一元多维平稳随机过程模拟法从轨道谱生成。用量纲分析法推导了结构动力模型相似条件,设计了试验模型,结合模型试验分析了铅芯橡胶支座、小车速度对车桥耦合振动响应的影响。模型试验与原型仿真结果相互验证表明:模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;使用铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应和支柱反力;车桥加速度响应随着小车速度的增大而增大,系统横向共振临界车速低于竖向车速,临界车速可由简支梁在移动集中力作用下车桥共振条件来估算。     

摩托车随机振动响应分析

研究了摩托车受到不平路面激励而产生的垂向随机振动。摩托车采用四自由度垂向振动模型,构建了摩托车振动分析有限元模型。运用路面不平度随机振动的功率谱密度分析方法,拟合了不同路面等级、不同车速下三种行驶情况的路面时间频率功率谱密度作为路面激励,得出了摩托车整车的模态特性以及对应的加速度响应功率谱密度。结果表明:路面不平度和摩托车行驶速度对结构随机振动响应影响较大,而当结构某阶固有频率与瞬时的空间频率一致时发生共振。此分析方法可用于研究摩托车的舒适性和平顺性,具有较强的工程实用价值。     

刚度对转子系统随机响应的影响

为了建立系统力学模型与随机运动微分方程,分析系统刚度对随机响应的影响,应用虚拟激励法,通过计算机数值模拟,结合随机响应功率谱密度函数,分析考虑机匣弹性、陀螺力矩并同时考虑机匣与定子间的弹性联接的复杂悬臂双盘转子系统在多参数耦合随机激励 轴承回转随机动力激励、转子不平衡随机激励和地面随机地震激励下的随机响应,讨论系统刚度变化对随机响应的影响。结果表明,水平方向地震时随机响应相对比较强烈,悬臂端圆盘振动最为强烈,机匣刚度、机匣联接刚度和轴承刚度对随机响应影响较大,提高系统刚度对降低随机响应有利。     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。     

振动传递路径系统的参数和全局灵敏度分析

提出了振动传递路径系统响应对系统参数和传递路径的全局灵敏度分析的数值方法。考虑结构参数的随机性,获取各传递路径受体输出响应的随机统计特征,以及路径中系统参数对受体振动响应的定量影响关系。基于文中数值方法,可以定量表述影响振动传递路径系统中受体振动特性大小的路径重要度排序以及系统参数的灵敏度排序。以典型多自由度振动路径分析模型为例,讨论了随机振动系统传递路径重要度分析过程,通过与Monte-Carlo随机模拟结果相对比,验证了本方法的正确性与可行性。     

飞机增稳结构振动研究及其裂纹成因分析

为了分析某型运输机机身尾段增稳结构根部频繁出现裂纹的原因,基于有限元模态分析理论的随机振动响应计算方法,通过逆向工程提出了利用飞行实测振动谱对增稳结构进行虚拟激励,得到结构理论计算的随机振动响应值。根据实测振动数据计算结果与理论分析,发现该型飞机增稳结构根部裂纹形成的原因为飞行中部分时段增稳结构已经出现共振或接近共振状态,在共振放大作用下增稳结构根部生成危害飞机飞行安全的裂纹。该分析结果为运输机类飞机增稳结构后续改进和优化设计提供理论参考和数据支持。     

基于灵敏度分析的汽车动力传动系扭振特性优化

利用偏导数法分析得出汽车动力传动系无阻尼自由扭振固有频率和振型对转动惯量和扭转刚度的灵敏度。以某车型动力传动系扭振特性为例,通过分析固有频率和振型对转动惯量和扭转刚度的灵敏度,找出对固有频率和振型影响最灵敏的结构参数,对其进行动力学修改,实现传动系固有频率和振型的优化,从而减轻扭振的程度。研究成果可为汽车传动系的动态特性优化提供依据。     

基于有效模态质量优选法的机载雷达随机振动分析

随着现代电子设备不断向集成化、模块化和一体化方向发展,对于振动环境异常复杂的航空航天电子设备,系统级随机振动环境可靠性分析是决定结构总体设计方案成败的重要因素。针对某机载雷达系统结构的随机振动问题,建立一套基于有效模态质量优选法的随机振动分析技术,通过对复杂系统的合理简化以及优选法相关参数的细致考评,快速有效地获取系统级的随机振动响应,分析结果可为结构总体设计方案提供理论基础和设计指导,并为插件级或元件级结构设计提供载荷输入。