S形梁碰撞多参数优化设计

提出了一种新的碰撞优化方法,即将试验设计(DOE)、有限元分析(FEA)、响应面法(RSM)和遗传算法(GA)结合起来,对S形薄壁梁多结构参数进行抗撞性优化设计.通过提取实际车架上使用的S梁特征参数,建立了S梁的碰撞模型.运用方差分析(ANOVA),选取那些对S梁吸能特性影响显著的因素作为主要设计变量,采用显式非线性有限元软件PAM-CRASH进行碰撞模拟.根据有限元分析结果并结合响应面理论,建立了S梁的总吸能和最大冲击载荷的响应面模型.采用遗传算法进行优化求解,得到了S梁的最优设计参数.优化后的S梁在碰撞中的总吸能能力大大提高.     

采用响应面法的汽车转向系统固有频率优化

提出一种基于响应面方法的汽车转向系统固有频率优化方法。以某微型车为例,该方法从建立汽车转向系统的有限元模型出发,结合拉丁方试验设计方法,采用最小二乘法建立转向系统的二次响应面近似模型;在此基础上,以转向系统的1阶固有频率最大化为目标,总质量为约束,并通过灵敏度分析选取5个部件有限元模型壳单元壁厚为设计参数,建立优化模型。对转向系统进行优化的结果表明,采用该方法对汽车转向系统进行优化,能有效提高其1阶固有频率,减小转向系统质量,从而抑制转向系统的振动。     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态，考虑测试和结构参数的不确定性，将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中，建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上，选择了待修正结构参数和结构响应后，采用均匀试验设计方法获得试验样本，同时结合多样本的有限元分析，采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法，构建结构的响应面替代模型后，引入区间分析算法的自然拓展，将响应面模型拓展为区间响应面函数，同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题，构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法，并采用遗传算法进行区间优化求解。另外，针对区间响应面有限元模型修正的具体需求，提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力，对其进行有限元模型的不确定修正，实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性，修正后结构纵向、横向、竖向的一阶，二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法，能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。     

基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正

提出了一种基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正技术,并成功地应用到了常德市白马湖公园虹桥的有限元模型修正当中.利用结构静载位移和振动频率等现场实测静动力响应,构造联合静动力的结构有限元模型修正的目标函数,在相关指标灵敏度分析的基础上筛选待修正参数,并利用响应面方法拟合桥梁静动力响应的代理模型.最后利用响应面替代模型(Meta-model)对该桥进行有限元模型修正,使得桥梁响应的实测值与计算值达到较好的吻合程度,经过修正后的有限元模型能够反映该斜拉桥的静动力特性,可以作为该桥的基准有限元模型.     

基于响应面法的桥梁动力学有限元模型修正

针对动力学频率测试中模型的试验值与理论值误差较大的问题,结合大型桥梁缩尺模型试验,采取基于响应面法的有限元模型修正技术,获取了符合结构本真状态的有限元动力修正模型.选取二次多项式作为响应面函数的数学模型,在修正参数的显著性分析和中心复合试验设计基础上,运用最小二乘法对试验设计的样本空间数据进行拟合,以目标达到法为迭代标准,得到了自锚式悬索桥响应面的显示函数关系,并直观地给出典型响应的空间曲面模型.R2和RMSE指标验证结果表明:经修正后各阶频率峰值误差明显降低;除横向二阶频率外,其余各阶频率修正效果理想,基频最小误差仅为0.96％;基于响应面法的有限元动力模型修正准确可靠;经修正后的有限元模型可作为结构再分析的基准模型.     

基于代理模型的大客车结构动态特性多目标优化

对某全承载式大客车进行了有限元分析,获得其在随机路面不平度输入下的结构动响应,并预测了其车身骨架结构的疲劳寿命.通过采用试验设计和近似方法构造响应面代理模型,对该客车结构的振动加速度特性、疲劳耐久性和车身骨架质量进行了多目标优化,有效降低了计算成本.多目标优化改善了该客车结构的动态特性,减轻了车身骨架质量.     

沥青路面结构可靠度及优化方法研究

在进行沥青路面结构可靠度分析中,存在可靠度敏感性、设计变量相关性分析复杂和常用计算方法(蒙特卡罗法)模拟次数多的缺点,特别是在基于可靠度的优化分析中。采用有限元软件ANSYS完成敏感性和相关性分析以给可靠度计算提供依据,二次多项式序列响应面法计算沥青路面结构的可靠度,并结合遗传算法进行可靠度优化计算,计算结果表明了有限元法、响应面法和遗传算法在沥青路面结构可靠度优化分析方面的适用性和优越性。     

高墩连续桥有限元模型更新技术研究

以湖南邵怀(邵阳—怀化)高速公路炉坪高墩大桥为例,引入响应面法,以桥梁振动频率和静力变形为目标更新桥梁有限元模型,并和基于灵敏度的方法进行对比,验证了响应面法有限元模型的计算效率。修正结果表明,响应面法有限元模型以可靠的结构静力响应为目标,将响应面法更新有限元模型发展到结构静力修正有限元模型方面,不仅提高了更新有限元模型结果的计算精度,而且计算工作量较小,其修正过程不完全依赖有限元软件,可提高修正效率。     

基于响应面法的某乘用车制动盘模态优化设计

为了得到满足模态分离且质量轻的乘用车制动盘结构,同时也为乘用车制动盘的模态优化设计开发提供理论依据,以某乘用车制动盘为研究对象,创建某乘用车制动盘的模态有限元仿真分析模型,将某乘用车制动盘的结构参数作为制动盘模态优化的设计变量,通过可扩展的格栅序列法进行试验设计,使用克里格法进行某乘用车制动盘模态响应面分析模型的创建,再采用遗传算法对某乘用车制动盘模态响应面分析模型进行优化。结果表明,基于响应面优化法获得的某乘用车制动盘满足模态分离要求,优化后的质量为8.114 8 kg,优化前的质量为9.739 kg,优化后的质量减轻了约16.68%,轻量化效果显著。     

基于响应面法的钢-混组合桥面系优化设计

对桥梁结构进行优化设计和可靠性研究时,采用传统的设计方法可能会遇到计算工作量繁重的问题,应用响应面法进行优化设计是有效解决该问题的途径之一。以某大跨悬索桥钢-混组合桥面系为研究对象,结合节段缩尺模型试验研究,以有限元软件Workbench为计算平台,建立相应的参数化有限元模型。以组合桥面系重量最轻为经济目标,最大变形及最大弯曲应力为约束,基于响应面法对其进行多参数优化设计,并对优化结果进行了有限元分析验证。计算结果表明:节段缩尺模型静力试验结果与有限元分析结果吻合较好,建立的有限元模型很好地反映了试验模型实际的受力状态;基于响应面法优化设计后组合桥面系质量减小了3.57%,在满足力学性能要求的同时,减轻了结构自重,降低了工程造价,为钢-混组合桥面系设计提供了良好的概念设计模型。     

变刚度预应力简支梁桥固有振动分析

考虑预应力建立简支梁桥竖向固有振动理论方程并求解,运用解析与有限元方法对一座实际简支梁桥的固有振动频率进行了计算,并现场测试了结构的基频;深入分析了预应力以及变刚度对简支梁桥竖向固有振动频率的影响.     

拉索非线性振动参数敏感性分析及其频率区间估计

为准确把握拉索的动力学规律并指导工程应用,以拉索非线性振动理论(拉索自振频率的摄动法公式)为基础,以工程中常用的典型拉索为例,对拉索非线性自振频率的边界条件效应、参数敏感性以及区间估计方法进行研究.研究结果表明:拉索的边界条件效应随拉索长度、索力以及频率阶次的不同而不同;索力、线密度、弦长、抗弯刚度4个参数对于拉索各阶自振频率在影响程度、影响方式方面均存在显著差异,总体而言,自振频率偏差与索力和抗弯刚度2个参数的偏差成正比,与线密度和弦长2个参数的偏差成反比;根据拉索参数的概率统计特征能够获得拉索自振频率的区间估计.     

基于改进尾流振子模型的超长拉索涡激振动特性数值研究

为了研究大跨度斜拉桥超长拉索在不同流场特性下的高阶多模态涡激振动问题，以牛顿定律为基础，建立了考虑张力变化以及垂度效应的拉索结构振子方程，引入改进的Van Der Pol式尾流振子模型，以加速度耦合两非线性振子，提出了一种简便的拉索涡激振动流固耦合预报模型；采用二阶中心差分法，对两振子方程在空间域和时间域进行离散迭代求解，编制了拉索涡激振动的MATLAB计算程序，并验证了其可靠性。该方法为研究拉索涡激振动提供了一种新思路，可解决风洞试验和数值软件（CFD）不便模拟大长细比拉索结构的问题。基于提出的预报模型，以1根330 m超长拉索为研究对象，分析了拉索多模态涡激振动特性，探讨了不同流场特性对拉索涡激振动的影响。研究结果表明：均匀流作用下，拉索发生涡激锁定现象，以单一模态发生振动，随着风速的增加，拉索涡激锁定区间增大而最大振幅不发生改变；剪切流作用下，拉索发生多模态涡激振动，位移响应呈现"拍"的特点，振动频率分布在Strouhal涡脱频率范围内，存在2个或3个主导频率，主导频率全程参与振动，非主导频率间歇参与振动；拉索多模态涡激振动位移响应表现为行波-驻波并存的状态，随着风剖面指数的增加，涡激振动行波效应显著。     

刚性索自锚式悬索桥动力性能分析

平顶山市建设路立交桥主桥为刚性索自锚式悬索桥,运用MIDAS Civil有限元程序建立该桥的空间有限元计算模型,对其动力性能进行计算与分析。计算结果表明:该刚性索自锚式悬索桥的自振频率较大,竖向频率比横向和扭转频率小;桥塔的横向振型出现较早;主缆与吊杆刚性化能够有效提高桥梁结构的频率,特别是提高桥梁结构横向振动频率,控制索面的横向摆动;刚性索自锚式悬索桥与相同结构的柔性索自锚式悬索桥计算得到的桥梁振型基本一致,刚性索自锚式悬索桥振动频率比柔性索自锚式悬索桥频率有所提高。     

基于偏相干函数分析的曲轴箱表面振动和曲轴三维振动研究

研究曲轴的三维振动对曲轴箱表面振动的影响,开发了曲轴三维振动测试装置,并对曲轴的三维振动信号和曲轴箱表面振动信号进行采集和偏相干分析处理。结果发现:表面振动是曲轴三维振动共同作用导致的。其中扭振能够以倍频激励的形式出现,导致部分频率的表面振动;纵振与表面振动的总体相干水平不高,只在部分频率段具有较高的相干函数;弯曲振动与表面振动的偏相干水平较高,是表面振动的主要激励源。     

基于灵敏度分析的动力总成悬置系统优化

针对某车动力总成悬置系统固有频率偏高和振动耦合严重的问题,建立了该车动力总成悬置系统6自由度模型,并对悬置元件的主刚度参数进行了灵敏度分析.以分析找出的少量敏感参数为设计变量,结合振动解耦和固有频率匹配理论,对该悬置系统参数进行了优化,并对优化前后的动力总成悬置系统进行了台架试验.结果表明,优化后的悬置系统隔振能力有了...     

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。     

无粘结预应力混凝土梁桥自振频率的RBF网络识别

为研究采用神经网络的方法识别无粘结预应力混凝土梁桥的自振频率,收集以往PC梁的动力试验数据,并在此基础上补充制作5根PC梁进行动力试验,采集相关数据。构建径向基(RBF)神经网络,采用泛化回归神经网络(GRNN)进行函数逼近,径向基函数的光滑因子取为0.15。筛选9个影响PC梁自振频率的关键参数作为神经网络的输入参数,用收集到的试验数据对神经网络进行训练,并预留出1根PC梁的试验数据对网络进行仿真。仿真结果表明,采用所研究的神经网络方法识别无粘结预应力混凝土梁桥的自振频率是可行的,这种网络具有很好的预测能力和泛化能力。     

Vibration reduction of H/Shaft using an electromagnetic damper with mode change

The objective of this study is to develop a damper that can reduce the amplitude of vibration in various frequency ranges. Previous H/Shaft vibration reduction methods work in a passive way. A dynamic damper reduces the amplitude of vibration at its first mode, but vibration still appears at the second mode. A mass damper or hollow shaft can shift the natural frequency to a lower or higher region. The fixed operating frequency prevents vibration from being reduced outside the operating frequency range. The proposed damper uses electromagnets as either masses or actuators to change the damper mode between dynamic damper mode and mass damper mode. The electromagnetic damper (EMD) can change its mode to respond to the vibration excitation at both low and high frequencies. The vibration reduction performance was evaluated by FRF tests in laboratory and vehicle conditions. The results were compared with those of a dynamic damper and indicate that the amplitude of vibration is reduced by 95.6 % when the EMD is implemented on an H/Shaft, whereas only 61.9 % vibration reduction is achieved by the dynamic damper.     

体外预应力索自由长度分析

转向块(锚固端)间的体外预应力索可能产生独立于梁的振动,若其频率与梁的固有频率接近,就可能发生共振。当频率相近时,改变梁的截面特性或体外索的正常使用应力都不是好的解决办法,而通过改变体外索的约束长度来改变其固有频率,在经济、效果及可行性方面,都不失为一个理想的方法。体外索的无侧向支承的自由长度不应过大,根据常见桥梁频率和我国钢绞线的使用情况,体外索可控制在12m之内,这样桥梁和体外索的自振频率就相互错开,也就避免了共振问题。