结构动态响应计算中模态迭加法的简化解

在子结构的固定界面最低频率比整体结构基频较高的条件下,把结构动态特性计算的模态综合超单元法以其简化解拓广至结构动态响应的计算领域,并用固定界面 Ritz 矢量替代子结构的固定界面模态。通过数值运算,充分说明本方法经济有效,精度令人满意.     

结构系统动态响应计算的模态综合加速度法

本文基于模态综合超单元法和模态加速度叠加法的原理,提出了一种求解大型复杂结构动态响应的新方法。利用固定对接主模态,可使结构的副自由度全部精确地缩聚掉,大大降低求解方程的阶数。然后利用模态综合超单元法求结构系统的动态特性,最后用模态加速度叠加法求出有阻尼多自由度结构系统的动态响应值。关于结构系统阻尼如何确定,我们提出了一个新的思想。该思想以子结构为出发点。子结构的阻尼阵与子结构的刚度阵和质量阵成正比,其比例系数由试验或者以往积累的经验所确定。然后利用固定对接技术,将各子结构装配起来,就得到了整个结构系统的阻尼阵。这种处理方法的优点是明显的,因为子结构与整个结构系统相比,其阻尼是比较容易精确地确定的。应用以上提出的方法,与应用有限元技术求结构系统的整体解相比,CUP时间可大大节省,计算效率大为提高,並且具有很高的精度。又因为本文提出的方法是基于动态子结构法,所以大型复杂结构系统的动态响应计算可望在微机上进行。     

Ritz矢量和逐点放松法在固定界面模态综合法中的应用

本文将Ritz矢量和逐点放松法应用于固定界面模态综合法,其一是用固定界面Ritz矢量替代子结构的固定界面模态,其二是在形成缩聚刚度阵和质量阵时以逐点放松消去法替代矩阵求逆的计算。实例计算证明,两个替代方案均能节省较多的计算机时。     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体-固体有限元组成的杂交子结构模型基础上.对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构的两种模态——模综超元法中的动力变换模态和Craig的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义坐标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得两种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及Craig法的阶数完全相同,大大减少了计算机时。 通过曲弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与P.C.Chowdhury用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。     

基于动态子结构-阻抗法的车辆制动鼓动态特性研究

为了能准确、快速分析和预测复杂鼓式制动器结构的动态特性,采用动态子结构综合法-阻抗法对其模态特性进行了研究.基于动态子结构综合法-阻抗法推导了复杂结构动态响应特性关系式,计算了鼓式制动器的模态参数,比较了采用动态子结构综合法和有限元法计算制动鼓的响应时间.结果表明:采用动态子结构综合法-阻抗法是准确、高效的,既能准确计算制动鼓的模态特性,又能快速预测其动态响应特性.     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体一固体有限元组成的杂交子结构模型基础上,对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构以下二种模态:(1)模综超元法中的动力变换模态和(2)Craig 的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义座标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得二种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及 Craig 法的阶数完全相同,大大减少计算机时。通过由弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与 P.C.Chowdhufy 用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。本方法尤适用于具有大量流固交界面自由度和少量结构对接自由度的船舶流固耦合振动计算,也适用于滨海工程结构和其它工程的这类问题计算。与以往的流固耦合振动计算方法相比,富有实用意义和经济效益。     

多分支轴系扭振计算的动态子结构方法

本文给出了一种部件模态综合法,并运用该方法对多分支轴系统扭转振动进行了分析和计算。这种方法是Hurty提出的固定界面法和Hou提出的自由界面法的改进。算例表明,这种动态子结构方法对多分支轴系扭转振动的计算不仅是有效的,而且具有物理概念明确、节省计算时间等优点,是多分支轴系振动计算的有效途径。     

模态综合超单元法的简化解

作者在子结构的固定对接界面最低频率比整体结构基频较高的条件下,导出了模态综合超单元法的简化解.通过数值运算,充分说明了本方法经济有效、精度令人满意.     

子结构法在截断舱段振动特性修正中的应用

将子结构法应用到陆上截断舱段振动特性的修正中.在物理坐标下,通过动态缩聚法将相邻舱段的阻抗矩阵缩聚到截断舱段连接处,并加到截断舱段的动力学方程中,实现对截断舱段动力学特性的修正.进一步采用多级子结构法,将舱段按组成部件划分为若干级子结构,通过多级的缩聚和组合,提高了修正计算的速度.在模态坐标下,采用自由界面模态综合法,...     

模态综合超单元法及其在船舶结构动态计算中的应用

近几年来,在一些先进的造船工业国家,部件模态综合法在船体结构动态计算中已开始应用。通过将整船分成上层建筑、桅杆、船体梁等若干部分,分别计算各部件的动态特性然后加以综合,可得到整船的结构动态特性。这就有效地解决了计算机容量不足的问题,使绝大部分拥有中小型计算机的企业对这类大型复杂结构的动态计算成为可能。本文根据动力变换原理和超单元的模态分析,导出了一种新的动态子结构法——模态综合超单元法,克服了一般模态综合法与通用有限元法技术相结合的困难,改进了Guyan、Kuhar等人提出的静力、动力缩聚计算的精度。本文提出的模态综合超单元法是将模态综合法与阻抗匹配法结合起来的一种新的动态子结构法,在超单元的缩聚动刚度矩阵中保留了若干阶的固定对接主模态,从而保证了计算精度。在取得超单元的动态缩聚信息后,采用与有限元相同的对接步骤,得到缩聚了的、依赖于系统频率的动刚度矩阵。解此非线性特征方程,即得到所求系统的特征值。本文对非线性特征值的计算原理和步骤也作了专门阐述,这在动态子结构法中是十分关键的一步。根据本方法的计算原理,在我所国产的108计算机上建立了通用程序,并对已有精确解和试验结果的立体双层框架进行了计算考核,结果吻合良好。然后用本方法对5000吨舱口驳模型进行了计算,利用对称和反对称原理计算了具有456个自由度的驳船模型的四分之一部分,将该部分分成四个超单元,每个超单元分别由132个自由度或108个自由度的膜梁组合结构立体舱段组成,用子空间联立迭代法计算得到每个舱段的模态,加以综合后求得整船的动态特性。最后将计算结果与对该模型采用先进的模态识别试验(击锤法)及Molré干涉横向测振试验结果进行了比较,一致性也是满意的。     

基于子结构技术的全船总体和局部振动研究

针对局部振动计算中难以确定局部构件的边界条件和全船振动计算成本过大的问题,引入子结构技术。阐述了子结构技术的基本理论,结合子结构和流固耦合技术,对一艘新型散货船进行了局部和全船振动分析预报。在预报过程中,运用流固耦合方法添加外部附连水和油水舱质量,用子结构界面减缩技术确定局部边界条件,进行局部模态分析,运用计算效率成倍提高的部件模态综合法进行总振动预报。最终,提出了横撑及其船体加强的优化方案。该方案能改良主机和船体结构的振动性能,并满足各自的标准要求。     

大型复杂结构振动特性分析方法研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。讨论了子结构方法的理论基础,分析了子结构间边界处理协调条件、模态截取数和模型缩聚对子结构方法预测精度的影响,并初步比较了其与传统有限元法耗费的计算时间量和内存量的大小,最后,进一步探讨了子结构方法中试验模态与计算模态混合计算的可行性。研究结果表明,子结构方法应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性是可行的。     

动态子结构法中的非线性特征值计算

计算大型复杂结构振动特性的动态子结构法如约束模态法、模态综合超单元法、部件模态综合法及阻抗匹配法等都不可避免地要解非线性特征方程D~*(ω)δ_m~*=0,即动刚度矩阵随结构振动频率而变化。作者采用修正的sturm序列的两分法,求得初始迭代频率值,再代入上述方程,从而保证了该方程的收敛。本方法经过双层框架计算考核,证实其正确性。     

基于波分析的动态子结构法及其在船舶管系振动计算中的应用

为简化管路系统建模及提高计算精度,结合波分析法和动态子结构方法提出一套管路系统振动计算方法。将整个管系按直管段分解为连续动态子结构,将法兰、连接点、管支架及设备等效成集中质量或连接边界条件,将外激励等效成入射结构波。基于波分法在每个子结构中给出位移表达式,再通过边界条件合成总控制方程并求解。以简化Z型管系模型为对象进行仿真计算,并将计算结果与实测数据和有限元计算结果进行比较,三者趋势一致且峰值频率基本吻合,验证了该组合方法在自由度远低于有限元法的条件下仍保持较高的计算精度。研究同时发现,管支架刚度主要影响低频模态,而对高频区影响不明显。     

凸轮发动机轴系扭振模态综合分析

本文采用模态综合技术对凸轮发动机轴系进行扭振分析，即根据凸轮发动机的结构针基划分为若干具有简单形式匠子结构，各子结构用有限元法进行计算，选取各子结构的低阶模态参加综合，从而提高分析效率。在要机上进行了扭振测量，并在和试验的基础上对凸轮发动机轴导振特性进行了初步探讨。     

模态机械阻抗综合法及其在柔性隔振系统中的应用

模态机械阻抗综合法(MMISA)是近年发展起来的一种新的子结构振动分析方法.它能求解含弹性部件系统的振动问题,同时克服了以往在动态子结构分析中由于各子结构自由度数不同而带来的困难,是传统机械阻抗综合法的推广.本文研究分析复杂隔振系统力学建模的模态机械阻抗综合法和其在振动分析中应用,通过浮筏隔振系统算例,讨论了弹性体模型和刚体模型的计算结果.     

船舶轴系扭振分析的改进模态综合技术

本文采用改进的自由界面模态综合技术分析船舶轴系扭振问题,即将复杂的多分支扭振系统或含有变参数联轴节的轴系划分为若干个具有简单形式的子结构,选取各子结构低阶模态参加综合,从而减少运算量,提高分析效率,且易于将离散模型和连续模型联合使用。     

子结构方法在圆柱壳体振动特性分析中的应用研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了一种子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。圆柱壳模型长4.2m,直径0.4m,由5部分组成,并且在第4和第5部分内有一个轴系结构。用子结构方法研究其振动特性时,模型被分为3个子结构,子结构间通过螺栓进行连接。因此,首先介绍了子结构方法及连接处理方式的理论基础,然后通过实验验证了发展方法的正确性,并着重分析了子结构模态综合阶数和连接处理方式对整体结构预测结果的影响规律,最后对比分析了子结构方法与传统有限元法对计算量和内存量的要求。结果表明：发展的子结构方法具有较高的精度,可应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性。     

基于模态曲率法的海洋平台结构损伤识别与定位研究

针对海洋平台结构特点,将海洋平台结构分为若干子结构,基于模态曲率法结合模态应变发展了一种适用于海洋平台结构的损伤识别与定位方法.为了验证该方法的可行性和有效性,以一典型导管架平台为数值算例,建立有限元损伤模型,分别进行了单构件损伤及多构件损伤时的识别效果研究.数值计算结果表明将模态曲率法和应变模态相结合进行海洋平台的损伤识别与定位是切实可行的.     

结构动态响应计算的模态综合技术

本文把结构动态特性计算的模态综合超单元法拓广至结构动态响应的计算领域。由于结构模态对阻尼矩阵的非正交性带来的耦合阻尼项连成了响应计算的困难,文中采用了保持主对角项阻尼的响应运算,然后根据虚功原理对结果进行了耦合项阻尼的修正。