耦合板结构随机能量有限元分析

基于单频激励下导出的板的能量流分析方程,将其应用推广到板受随机激励的情形,提出了宽带随机激励下板的响应能量及功率流的计算公式。对考虑弯曲和纵波场耦合的板结构给出了计算能量有限元耦合矩阵的一般方法。用能量有限元法对受到两个不相关宽带白噪声激励力作用的L型板的能量响应和功率流进行了计算,结果反映了各波场的能量在空间上的分布和它们在各波场内的流动特性,其中弯曲波场的功率流显示出相向功率流发生汇集和改变流向的特点。对该耦合结构的响应用统计能量分析法进行了求解,其结果与能量有限元法计算结果间较好的一致性验证了随机激励下板的能量有限元分析应用的正确性。     

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型EI北大核心CSCD

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。     

声振系统中高频能量流分析法研究进展

能量流分析法是预测声振系统中高频动力响应的一种有效手段,该方法引入的假设条件较少,并可基于声振系统的几何模型计算随空间变化的稳态动力响应,应用上具有很大的优点。本文首先回顾了不同结构件（包括杆、梁、板及复合结构）各种波场的能量微分方程及其理论基础的发展过程,然后,针对不同类型的声振系统耦合形式,包括结构/结构耦合,结构/流体耦合及其它耦合情况,说明了基于能量流分析的耦合问题处理方法的发展,最后,说明了计算随机激励下声振系统响应的随机能量流分析法的相关研究,以及其与经典统计能量分析法间理论关系研究的进展情况。     

相关激励作用下随机结构振动响应的统计分析

应用随机过程理论,以能量为变量,分析了随机结构振动响应的统计特性。结构受相关激励作用时,通过输入激励的解相关方法,将作用在结构上的相关激励转变为各个不相关激励的作用;分析结构的振动响应的统计特性时,计及响应特征频率的相关性,在响应特征频率满足高斯正交总体的假设下,推导出了随机结构振动响应分析的统计分析表达式。应用设计的实验件和试验验证了所提出的统计分析的正确性,通过和已存在的统计分析结果的比较,表明了统计分析具有更高的分析精度,能够定性和定量的给出随机结构振动响应的统计变化情况。     

随机激励下组合隔振器的动力分析

本文讨论了双层Ｒｕｚｉｃｋａ隔振器和简化的Ｒｕｚｉｃｋａ－Ｓｎｏｗｄｏｎ组合隔振器在随机激励下的动力性态，得到了振动传递率和响应均方值的解析式，并结合数值计算对其隔振效果作出了比较具体的评价。     

随机激励下结构优化功率流控制策略

本文提出了一种新的基于功率流的线性结构优化控制策略，其 目标是尽可能地减小 结构的净功率流，同时又保证控制器吸收的功率满足设计要求。文章推导出这种优化控制算子的一般表达式，通过简化的单自由度模型说明了它在减小随机激励下结构反应方面的 应用，并且给出了在平稳 白噪声和过滤白噪声激励下结构响应的数值计算结果。文章重点分析了在这种优化控制策略中加权函数的频率特性，并对其如何取值得出了一些建设性的结论。     

随机激励下随机结构动力可靠性灵敏度分析

对于随机激励下随机结构动力可靠性的灵敏度分析问题,在加权非线性响应面法的基础之上建立了随机结构动力可靠性灵敏度分析方法.所提方法从随机结构无条件动力可靠度的表达式出发,首先将随机结构的动力可靠性分析问题转化成传统的静力可靠性分析问题,然后采用基于加权非线性响应面法的Monte-Carlo可靠性灵敏度分析方法求解动力可靠性灵敏度值.算例表明该方法的计算结果是合理的,并且由于加权非线性法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

随机结构随机激励下的响应灵敏度分析

对于随机激励下随机结构动力响应的灵敏度分析问题,提出基于点估计法的随机结构随机动力响应灵敏度分析方法.所提方法从随机结构响应均方值的均值表达式出发,首先将随机结构响应均方值的均值对基本随机变量分布参数灵敏度转化成求期望值问题,再由求解随机变量函数矩的点估计方法导出求解动力响应灵敏度的计算公式.算例分析表明该方法的计算结果是合理的,并且由于点估计法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

受宽带随机激励的最优反馈控制

文章提出了基于平稳响应的随机最优反馈控制策略，研究了受宽带随机激励的Hamilton系统的最优反馈控制。首先应用拟Hamilton系统随机平均法建立平均后的Ito随机微分方程；接着求解相应的Fokker—Plank—Kol—mogorov（FPK）方程得到系统精确平稳解；然后将控制力的均方值和Hamilton能量均值结合作为系统控制指标，得出最优反馈控制规律；最后用两个例子详细说明了这一控制方法的实施过程的有效性，数字模拟结果与理论结果完全吻合。     

车桥耦合系统在随机激励下的动力分析及其应用

通过建立随机激励下的车桥耦合系统的空间动力模型,研究了提速条件下上承式钢板梁的加固问题。根据实测的轮对加速度,由时间序列自回归模型生成随机激励作为系统的输入,对列车通过桥梁的全过程进行了计算机模拟,得到桥梁的动力响应,并对计算结果进行了统计分析。根据计算结果,设计了上承式钢板梁桥的加固方案,对实际桥梁进行了加固。在桥梁加固前后分别进行了现场测试,结果证明了本文分析方法的正确性和加固方案的合理性。     

基于统计能量法的声场-结构耦合模型高频振动隔振分析

应用统计能量法软件计算高频域卫星的声场-结构耦合响应,并设计被动隔振与主动式有效载荷适配器相结合的减振方案。利用有限元建模和AutoSEA仿真进行减振模拟分析,证明综合隔振方案的提出有效减弱了各阶模态频率上的振动响应,同时也消除了声场振动声压的波动峰值。且充分说明AutoSEA仿真计算对于高频声场-结构耦合问题的可行性与准确性。     

基于有限元的能量流分析方法研究

区别于传统的统计能量分析,通过对有限元方法计算结果的后处理也可进行能量流分析。为提高计算效率,分析过程中对某些与频率相关的积分进行了推导简化。在此基础上,以Matlab为平台编写了相关计算程序。而后,对具体算例进行基于有限元的能量流分析并与统计能量分析的结果进行比较。最后,基于此算例进一步对基于有限元的能量流分析方法进行改进并对相应的计算程序进行优化提高计算效率。     

Finite element analysis of stiffened laminated plates under transverse loading

A finite element model is developed to study the behavior of stiffened laminated plates under transverse loadings. Transverse shear flexibility is incorporated in both beam and plate displacement fields. A laminated plate element with 45 degrees of freedom is used in conjunction with a laminated beam element having 12 degrees of freedom for the bending analysis of eccentrically-stiffened laminated plates. The validity of the formulation is demonstrated by comparing with the available solutions in the literature. The numerical results are presented for eccentrically-stiffened layered plates having various boundary conditions and with stiffeners varying in number.     

Time and frequency domain analysis of piezoelectric energy harvesters by monolithic finite element modeling

The successful design of piezoelectric energy harvesting devices relies upon the identification of optimal geometrical and material configurations to maximize the power output for a specific band of excitation frequencies. Extendable predictive models and associated approximate solution methods are essential for analysis of a wide variety of future advanced energy harvesting devices involving more complex geometries and material distributions. Based on a holistic continuum mechanics modeling approach to the multi‐physics energy harvesting problem, this article proposes a monolithic numerical solution scheme using a mixed‐hybrid 3‐dimensional finite element formulation of the coupled governing equations for analysis in time and frequency domain. The weak form of the electromechanical/circuit system uses velocities and potential rate within the piezoelectric structure, free boundary charge on the electrodes, and potential at the level of the generic electric circuit as global degrees of freedom. The approximation of stress and dielectric displacement follows the work by Pian, Sze, and Pan. Results obtained with the proposed model are compared with analytical results for the reduced‐order model of a cantilevered bimorph harvester with tip mass reported in the literature. The flexibility of the method is demonstrated by studying the influence of partial electrode coverage on the generated power output.     

考虑扣件温频变的车轨桥垂向耦合系统振动能量研究

通过对扣件进行定频变温试验,结合温频等效原理与高阶分数导数FVMP模型建立扣件的温频变动态力学模型,并在车-轨-桥耦合系统中采用新建模型模拟扣件,基于功率流法系统地分析与评价扣件温频变动态力学性能对车轨桥耦合系统振动能量分布与传递的影响.结果 表明:考虑扣件动参数频变会使中高频段内的轨道结构振动能量增大,对低频段的轨道...     

A finite element analysis of cracked square plates and bars under antiplane loading

ABSTRACT Finite element analyses were carried out on cracked 20 mm square plates and bars ranging in thickness from 2.5 mm to a length of 60 mm. The crack extended from the middle of one side of the square to its centre, and was modelled as a narrow, parallel‐sided notch with a semicircular tip. An antiplane loading was applied to the side containing the crack. An infinitely long bar under the antiplane loading used is in pure Mode III. It was found that the central portions of 40, 56 mm and 60 mm long bars were in pure Mode III, and also that K_III was approximately constant. These central portions were therefore representative of an infinitely long bar. Towards the ends of a bar K_III decreased. At the ends of a bar corner point effects meant that Mode II stress intensity factors and displacements were induced in the corner region. The size of the corner region was independent of bar length. In the 2.5, 5 and 10 mm thick plates out of plane bending means that the antiplane loading became a mixed Mode II and Mode III loading. At a centre line K_II is zero by symmetry. Behaviour in the corner region was a function of plate thickness. For both plates and bars, as has been predicted theoretically, the ratio K_II/K_III tends to a constant value as a surface is approached. For a thickness of 20 mm, that is a 20‐mm cube, behaviour represents a transition between plate and bar behaviour.     

基于高频柔性并联激振台柔性转动关节的加工误差分析

 柔性关节因其结构上的优越性已逐步取代传统刚性关节被运用到高频激振领域中.加工误差是一类不可避免的误差,其对柔性铰链工作性能产生了一定的影响.在分析柔性铰链宽度制造误差等5类结构参数误差的基础上,运用Paros J刚度计算公式和Smith S T的误差分析方法建立了加工误差模型,并运用有限元方法模拟了柔性铰链在实际工作条件下的受力变形状况,发现不同的加工误差对柔性关节的刚度影响程度不同,其中厚度误差的影响最大,验证了加工误差模型的准确性.     

不同焊接参数下CT70连续钢管高频电阻焊残余应力分布的数值模拟

目的研究CT70连续油管高频电阻焊接后的残余应力值和分布规律,以及焊接速度和挤压量等焊接参数对残余应力的影响。方法通过有限元计算的方法施加移动面热源和移动挤压辊,来模拟高频电阻焊的加热和加压过程,并用小孔法测量了高频电阻焊后连续钢管的残余应力值。结果对比计算的和实际的焊缝尺寸,均是内壁处为0.2 mm,壁厚中间部位为0.1 mm,内壁凸起高度为1.0 mm,宽度为2.1 mm,验证了有限元模型的准确性。计算得到的高频电阻焊后在焊缝处的轴向残余应力较大,在400～500MPa之间;环向残余应力较小,在-100～200MPa之间,与小孔法测量的残余应力一致。结论焊缝附近的残余应力主要由不均匀加热引起,远离焊缝处的残余应力主要由挤压引起。热源与挤压辊间距离和焊接速度增加会导致焊缝附近的残余应力增加;挤压量增加和焊接功率增加会导致焊缝附近的残余应力降低。