变截面梁弯剪振动的传递矩阵法求解

采用单元分析的方法研究了变截面梁的弯剪振动 ,先将梁分成单元 ,然后对单元进行受力分析和变形分析 ,得出梁弯曲的一般解。对于长宽比小于 10的粗短梁如齿轮轮齿的振动问题 ,给出了一个简便实用的求解方法 ,由于使用矩阵运算 ,使得本方法特别适合于上机计算。     

内燃机曲轴的三维振动特性模拟--飞轮细分

采用有限元法分析带有飞轮曲轴的振动特性。首先，曲轴体采用梁单元模拟，飞轮部分采用实体单元划分，经过适当处理两类单元的连接方式，取得了比采用壳体单元对飞轮进行剖分更为合理的结果。然后，对一直列式四缸发动机曲轴进行自由振动特性分析，并与相关研究和实验数据进行了比较验证。最后，进一步模拟此曲轴的三维动态振动特性，计算并分析其动态振动响应的结果。结果表明，采用节点耦合的方法取得了与实验互为一致的结果。     

钻床固有频率及振型的计算方法

采用梁、集中质量和弹簧三种单元建立了钻床振动分析的计算模型，提出了一种固有频率和振型分析的方法，并结合实例进行了计算和实验验证     

模拟内燃机曲轴振动的新模型

采用有限元法，对内燃机曲轴的三维振动特性进行了数值模拟。结合曲轴的结构特点，采用考虑剪切变形和转动惯量的Timoshenko空间梁单元建立曲轴结构有限元模型。对飞轮采用实体单元进行网格划分，并提出连接两类单元的方式。以一直列式四缸发动机曲轴为例，介绍建立模型的方法和过程，并对其振动特性进行分析，分析结果与相关研究和实验数据进行了对比，进一步模拟了计算此曲轴动态振动响应。     

一种分析旋转梁振动的梁柱有限元

针对旋转柔性梁的弯曲振动问题,提出了一种高精度的有限元——梁柱元。根据旋转梁弯曲时与梁柱相同的受力特点,推导了梁柱元弯曲变形的形状函数,采用传递矩阵方法导出了单元的刚度矩阵及相应的一致质量阵。证明了梁柱元刚度矩阵中各元素的泰勒展开式前两项正好是采用常规弯曲梁元形状函数得到的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵对应的元素的和,因而采用梁柱元分析旋转梁元弯曲振动问题具有很好的精度。对铰支和固支旋转梁振动分析的数值算例也证明了这个结论。     

机匣静叶耦合振动分析的有限元建模方法研究

悬臂静子叶片连同机匣是航空发动机静子系统的典型结构.应用有限元法分析结构周向弯曲振动的模态频率和振型,分别采用实体单元建模、梁壳单元建模、质量单元取代叶片的三种建模方法建立结构的有限元模型.通过对比分析三种有限元模型的计算结果和计算规模,结构的梁壳有限元模型有较好的计算精度并减小计算规模;在分析低阶模态中用质量单元取代叶片的建模方法满足计算精度,有限元的计算规模大为减小.     

考虑翘曲影响的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，推导其自由振动时的精确动态传递矩阵。采用考虑翘曲影响的Bernoulli-Euler梁理论，且假定薄壁梁单元的横截面是单对称的。动态传递矩阵可以用于计算薄壁梁集合体的精确固有频率和模态形状。针对两个薄壁梁算例，采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程，并讨论翘曲刚度对弯扭耦合：Bernoulli-Euler薄壁梁固有频率的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性，并指出翘曲刚度可以显著改变薄壁开口截面梁的固有频率。     

弹性梁损伤识别模态应变能法

针对飞行器弹性梁结构的振动疲劳损伤问题,基于单元模态应变能的变化提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法以结构损伤会导致其模态性能变化为原则,通过对比结构单元损伤前后模态应变能的变化率来构建损伤指标。在构建损伤指标之前,假定弹性梁的刚度是由单元刚度组成的,在定义单元刚度灵敏度公式的基础上,建立了弹性梁损伤前后模态应变能变化的联系。最后采用数值计算和实验测试方法,得到了弹性梁损伤状态的识别结果,验证了该方法对损伤识别的正确性和有效性。     

计算含裂纹圆截面梁振动的有限元法

通过计算圆形截面裂纹的应力强度因子,并对其积分,导出了含裂纹梁单元的元素刚度矩阵,提出了计算含裂纹圆截面梁振动的有限元法。算例表明,本文的结果与其他研究者的结果吻合良好。本文的方法为含裂纹转子的振动监测与诊断的研究提供了一个基础。     

静子结构振动分析中叶片的有限元建模方法研究

选取航空发动机带内环的典型静子结构为研究对象,以周向弯曲振动的模态频率为分析目的,用有限单元法对结构进行振动模态分析.采用截面等效的方法用矩形截面的变截面梁取代静子叶片对结构建立简化的有限元模型,对比了简化前后的分析结果.通过分析比较简化前后的计算精度与计算规模,结构中用梁取代叶片的简化模型可以在保证计算精度的同时有限元的计算规模显著减小.     

基于欧拉梁单元模型的裂纹转子变刚度特性分析

裂纹转子旋转过程中,由于裂纹的非线性开/合行为导致转子刚度的变化,进而导致转子复杂的非线性振动。文章研究存在横向表面裂纹转子的纵-弯-扭耦合振动建模,并对裂纹引发的转子变刚度特性进行综合分析。转子建模采用欧拉梁单元模型,并考虑了轴向力、截面剪力、弯矩以及扭矩作用下转子运动的六个方向的自由度。裂纹单元的刚度矩阵采用柔度系数法导出,而柔度系数则由应变能理论求得。在此基础上,对一些影响裂纹转子刚度变化的主要因素如裂纹深度,梁单元长度等进行了数值分析。所得研究结果,有助于理解和揭示具有横向表面裂纹转子的非线性振动响应特性。     

转动动力吸振器抑制梁结构横向弯曲振动的研究

研究了转动动力吸振器用于抑制梁结构横向弯曲振动的特性.基于谱单元法,建立了安装有转动动力吸振器的梁结构的动力学方程.然后分析了吸振器安装位置和转动惯量参数对减振特性的影响.分析结果表明,转动动力吸振器对梁结构的弯曲振动有良好的抑制效果.转动吸振器安装在梁的最大模态转角位移点上,能够获得最宽减振频带和最大的能量吸收效果.增加转动动力吸振器的转动惯量能够明显提升减振效果.最后,对吸振器的减振效果进行了实验验证.实验结果还表明,利用转动动力吸振器抑制梁结构的弯曲振动,具有提高减振效果而不增加额外附加质量的优势.     

考虑间隙的四辊热连轧简化模型固有特性分析

根据热连轧机实际结构,采用集中质量法,利用质量单元和弹簧单元表示辊系振动,梁单元搭建机架轮廓,建立了一种单架轧机简化模型,可展现轧机空间振型,在此基础上,利用COMBIN40添加工作辊轴承座装配间隙,考虑间隙对轧机系统固有特性的影响。通过模态分析发现,间隙导致轧机系统低阶频率增多,振动加剧。仿真结果与现场实测数据相对比,验证了模型的可行性。     

基于新型梁单元模型的薄壁弯梁耐撞性优化

以矩形截面Z型薄壁弯梁为例,引入新型梁单元参数化模型建模方法,通过对薄壁梁进行碰撞分析提取了塑性铰的弯曲刚度特性曲线,将参数化后的弯曲刚度特性曲线赋予梁单元简化模型,实现了梁单元模型对壳单元模型的等效替代。在此基础上,应用均匀拉丁方试验设计方法,选取一定数量的参数样本点,建立了设计变量与弯曲刚度曲线参数之间的响应面近似模型,并采用连续二次规划的优化算法对梁单元模型进行了耐撞性优化。结果表明,采用新型梁单元简化模型代替详细的壳单元模型进行优化分析是可行的。     

带摩擦阻尼器长叶片振动特性优化研究

为了防止透平机械长叶片因振动而导致的疲劳损坏,目前普遍采用的方法是在叶片上增加摩擦阻尼结构.针对带摩擦阻尼器长叶片的结构特点,采用扭曲梁与空间直梁单元模化叶片,推导叶片阻尼连接单元的力学模型,由此建立叶片总的动力特性分析方程.然后详细分析某阻尼围带长叶片具有不同围带厚度和围带间隙的振动响应,由此获得优化的阻尼围带结构,该分析结果还与自由叶片的响应数值进行对比,发现共振时由于围带的阻尼效果,优化阻尼结构的最大响应值只有自由叶片的42.4%.最后分析添加整圈松拉金结构的叶片振动响应,发现松拉金的加入将进一步降低叶片振动响应值.分析结果表明,该数值模型可以应用于多种摩擦阻尼器长叶片的振动特性分析及优化设计,将为阻尼叶片的设计提供实用工具.     

三维随行电缆简化模型有限元建模与模态实验

将一种电梯随行电缆简化为细长钢带结构,讨论了对该结构进行模态测试的方法。通过测试水平、垂直和侧向三个方向的振动,得到平面内与平面外的模态参数。利用壳单元与梁单元建立了细长钢带结构的三维有限元模型;模态实验得到的固有频率和振型与有限元分析结果一致;根据模态参数分析了随行电缆撞击墙壁、缠绕打结的原因,并提出改善其动力学特性的方法。     

电动汽车车架的多目标拓扑优化-尺寸优化-精细化设计

以某电动旅游观光车桁架式车架为例进行多目标优化,先后采用了基于梁单元的多次局部迭代拓扑优化方法、基于梁单元的横截面尺寸优化方法和基于壳单元车架强度分析的精细化设计方法。具体步骤为,首先建立基于梁单元的车架有限元模型,以车架的刚度性能为优化目标建立多目标优化模型,通过多次局部迭代拓扑优化确定梁结构的布置位置,然后以梁的横截面长、宽、壁厚作为优化变量进行尺寸优化设计,确定车架梁的横截面尺寸;在此基础上,建立基于壳单元的车架有限元模型进行强度分析,基于强度分析结果对车架的高应力区域进行精细化设计,最终优化后的车架质量降低了10.5%,性能至少提升了9.3%,并且直接可以用于生产制造。该优化设计方法综合运用了梁单元模型和壳单元模型分析的优势,分别应用于概念设计阶段和工程设计阶段,为桁架式车架的优化提供参考。     

四边固支矩形薄板固有振动的理论计算和有限元分析

基于理论计算有限元方法分析了四边固支矩形板结构的自由振动问题,求得了四边固支矩形板的振动固有频率和振型。利用双向梁函数构造了四边固支矩形板的振型函数,并根据位移变分原理求得了矩形板的固有振动特性。在板单元理论的基础上,利用有限元法推导了薄板振动的质量矩阵和刚度矩阵。由于工程实际中只关心板结构振动的横向位移幅值,利用静力凝聚法将质量矩阵和刚度矩阵中转动自由度上的质量和刚度凝聚到横向振动自由度上,以达到降低模型阶目的,为板结构振动主动控制奠定基础。     

含裂纹石墨管振动研究

利用断裂力学和振动力学理论,借助有限元方法,研究含半椭圆裂纹石墨换热管的振动特性.首先,通过C 编程实现了对环形截面裂纹应力强度因子的积分运算,导出含裂纹梁单元的刚度矩阵,继而用Matlab计算了含裂纹管的振动特性.对列管式换热器的振动监测与诊断研究具有一定的参考意义.     

悬臂梁裂纹参数的识别方法

以梁振动理论作为基础 ,将含裂纹梁的振动问题转化为由弹性铰联接两个弹性梁系统的振动问题 ,得到理论计算含裂纹梁振动频率的特征方程。由此特征方程计算得到裂纹深度参数和位置参数变化时悬臂梁振动固有频率的变化规律。利用计算裂纹悬臂梁振动固有频率的特征方程 ,提出一种辩识裂纹深度和位置参数的数值计算方法。并通过对模拟悬臂梁裂纹的分析说明文中方法的有效性。