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。     

粘弹性自由阻尼加筋板的随机响应分析和试验研究

本文针对粘弹性自由阻尼结构,基于模态应变能法推导出同时考虑粘弹性阻尼损耗因子和弹性模量频变效应的模态损耗因子修正公式,并选取某压筋板进行了计算和验证。在此基础上,以船舶阻尼加筋板为研究对象,开展随机响应试验研究,并对试验模型的模态损耗因子和随机响应进行了数值计算和对比分析。结果表明,采用该修正公式确定粘弹性自由阻尼结构的模态损耗因子,进而计算随机响应的方法是可行的。该方法对阻尼减振的相关分析研究具有参考价值。     

结构振动声辐射阻尼研究

本文基于振动理论引出了阻尼的基本概念和常见的阻尼形式，综述了阻尼的发展状况及国内外有关辐射阻尼的研究现状，对阻尼的研究意义和发展前景做出了展望。文章重点讨论辐射阻尼的特性，从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念，并用结构的声辐射模态来表征结构自身的固有声辐射特性。作为弹性半空间上基础动力响应的重要参数，辐射阻尼是动力机械基础、舰船减振降噪和水下声辐射的关键课题之一。考虑到辐射阻尼的特性，本文试图采用结构振动时耗散能量与振动总能量的比来建立辐射阻尼的数学模型，并讨论了其在数值方法上实现的可能性，为结构水下声辐射特性研究做出了有益的理论探索。     

轻/重流体介质中振动板声辐射模态下的声辐射阻尼研究

从能量的角度定义声辐射阻尼为结构振动一周内系统以声波形式耗散的能量与结构振动总能量的比值,将辐射声功率分解到各声辐射模态下,基于模态声辐射阻尼定义,建立FEM/BEM耦合数值模拟方法和相应的计算机程序,研究了振动板在轻/重流体介质中的声辐射模态、模态辐射效率、辐射阻尼和模态声辐射阻尼.研究结果表明轻/重流体中辐射模态基本相似,重流体中第一阶模态辐射效率远大于其他各阶模态辐射效率;低频时结构第一阶模态声辐射阻尼与总的声辐射阻尼接近,重流体中的第一阶模态声辐射阻尼在总的声辐射阻尼中占绝对优势,其他各阶模态辐射阻尼比重很小.     

基于实船航行试验的舰船总振动阻尼识别方法

针对当前缺少来自于实船试验的总振动阻尼数据的现状,研究一种基于实船航行振动试验数据进行总振动阻尼研究的测点布置和识别计算方法。清晰表述了＂模态共振响应＂和＂模态相邻振动响应＂的概念;分析了＂模态相邻振动响应＂、＂模态非共振响应＂和＂模态共振响应＂三者的比例规律,按该规律指导制定了某船航行总振动测试工况,使用该船航行总振动测试数据获得了该船的弯曲总振动阻尼数据。     

基于粘弹性阻尼层随机性的自由阻尼层板的振动和阻尼分析

本文基于粘弹性阻尼层的随机性用Monte Carlo直接抽样法对自由阻尼层板的振动和阻尼进行了分析研究。分析中随机变量取正态分布。针对不同的阻尼层厚度分别考察了复弹性模量的实部、虚部、材料的损耗因子的影响。考察了整体性和局部单元性阻尼导厚度的影响。结果表明,粘弹性材料弹性模量的随机性对结构固有频率的影响不大,对模态损耗因子影响较大;不论是整体的还是局部单元的,阻尼层厚度的随机性对模态损耗因子的影响很显著。因此粘弹性阻尼层的随机性对抑制结构共振响应和声辐射的影响是较大的。阻尼层厚度局部单元随机性影响表明了对阻尼结构采用随机分析的必要性。     

用粘弹性梁控制加筋板稳态简谐响应的研究

应用模态叠加法研究了以粘弹性梁为阻尼处理的加筋板的稳态简谐响应。在分析中，板和梁均采用每个结点三个自由度的有限元，考虑了梁的偏心作用。以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性梁阻尼处理对结构响应的控制作用，分析了阻尼材料杨氏模量实部、损耗因子和粘弹性梁剖面尺寸对结构响应的影响。结果表明，粘弹性材料能够有效地控制结构的共振响应。粘弹性梁阻尼处理仅对某些结点和模态起的作用较大，将其与其他阻尼敷设形式合理配置，相信会起到良好的减振效果。     

低振动粘弹性阻尼结构油箱仿真与试验研究

为解决结构油箱振动大、易于传递的突出问题,本文应用有限元理论对油箱进行形式结构模态分析,得出了油箱的多阶固有频率,并据此确定了合理的油箱结构形式。在此结构油箱基础上,通过填充粘弹性阻尼降低结构油箱的振动并开展试验。试验结果表明,粘弹性阻尼结构油箱较无阻尼结构油箱在50 Hz的液压泵组激振频率条件下,减振效果可达15 dB。     

低振动粘弹性阻尼结构油箱仿真与试验研究

为解决结构油箱振动大、易于传递的突出问题,本文应用有限元理论对油箱进行形式结构模态分析,得出了油箱的多阶固有频率,并据此确定了合理的油箱结构形式。在此结构油箱基础上,通过填充粘弹性阻尼降低结构油箱的振动并开展试验。试验结果表明,粘弹性阻尼结构油箱较无阻尼结构油箱在50 Hz的液压泵组激振频率条件下,减振效果可达15 d B。     

螺栓连接及其预紧力矩对船舶约束阻尼板振动特性的影响

针对船舶约束阻尼板的不同敷设工艺方案,通过数值仿真计算及试验测试约束阻尼板的结构模态阻尼因子,分析螺栓及螺栓预紧力矩对结构模态阻尼因子的影响。仿真计算与试验结果发现,在约束阻尼层上增加螺栓后,各阶模态阻尼因子明显增加;当螺栓预紧力矩在一定范围时,绝大部分的各阶模态频率略有增加,但变化值较小,约束阻尼板上的螺栓不仅可以固定阻尼胶板还能明显增加阻尼板的减振降噪性能,但螺栓预紧力矩对阻尼板振动性能影响不大。     

组合参数对频变自由型垫高阻尼结构振动性能的影响

选择分数导数模型来拟合粘弹性材料的频变特性,通过Matlab与Ansys的相互调用,实现频变悬臂自由型垫高阻尼结构的仿真计算。利用模态应变能迭代法,分析附加层组合参数对系统振动特性的影响,讨论附加层厚度、附加层材料参量对前2阶模态频率和模态损耗因子的影响。分析结果表明：附加层厚度对系统阻尼特性的影响包括垫高层的增益以及阻尼层的耗能总量两方面的综合作用,附加层材料参量对系统阻尼特性的影响主要体现在垫高层弹性模量对阻尼层耗能水平的影响,而垫高层密度影响系统的附加质量,进而影响系统的模态频率,对于系统的模态损耗因子的影响很小。     

基于不完全模态测量数据的粘性阻尼矩阵的修正

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量模态数据修正存在的动力模型是非常必要的。本文考虑用不完备复模态测量数据修正粘性阻尼矩阵的问题。在假定分析质量矩阵与刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优对称非负定修正矩阵。     

DDG-53舰桅杆和桅杆天线的模态试验

琼．保．琼斯号舰主桅杆结构和桅杆上天线的模态试验是一项大型工程的一部分，即精确地确定所建造桅杆／天线系统的动态特性和它在振动与水下爆炸冲击环境下的适存性，以前对ＤＤＧ－５１级舰进行了桅杆和天线的数学分析，估算了冲击试验下的加速度响应水平，计算表明某些部位的响应超标。而现在提供的模态试验结果则进一步提供了包括结构模态振型频率和阻尼的动响应特性。用以表示船舶结构柔性的试验数据包括支承桅杆的甲板舱。另外     

36m全回转拖轮船体结构振动特性

基于有限元法建立36 m全回转拖轮船体结构的超单元模型,分析船体结构振动模态。讨论拖轮的主要振源,根据经验公式确定振源的激励频谱。以会议室、船员室、驾驶室作为主要分析舱室,对其进行振动响应计算,实验结果表明其计算误差在3.1 dB以内。利用聚氨酯对会议室进行阻尼减振,计算表明减振效果约为10 dB,为拖轮舱室局部结构的振动控制提供参考。     

粘弹性阻尼夹层板动力特性分析及其试验研究

本文在数值计算和试验的基础上研究了阻尼夹层板的动态特性和振动响应计算方法.在小变形线弹性理论的基础上,构造了阻尼夹层板单元.将三层板都看成Mindlin板单元,以各层的中面为坐标平面建立局部坐标系来建立有限元模型,考虑了偏心阵的作用,大大简化了计算程序.粘弹性采用常复数模型,用求解复特征值的方法求得了其固有频率和损耗因子.在此基础上编制了相应的有限元计算程序,进行了较详细的数值计算与分析,并讨论了粘弹性阻尼层的厚度、模量、损耗因子对结构动力特性的影响,得到了有工程应用价值的一些结论.同时分别对单层铝板、自由阻尼层板和约束阻尼层板进行了模态试验和响应试验,识别了结构的阻尼,验证了理论计算的正确性.本文还给出了阻尼夹层板结构动力响应的一种近似计算方法:将粘弹性材料看成完全弹性的材料,将粘弹性材料的阻尼以比例阻尼的形式给出,利用试验得出或估算公式给出结构模态阻尼,采用直接积分法求解.计算了简谐激励下的响应,并与实测的结果进行了比较分析.结果表明了该计算方法的合理性,为工程近似计算提供了一种简便的计算方法.     

敷设阻尼材料双层壳体低阶模态声辐射性能分析

主动控制系统最适用于控制低频谐波噪音。本文研究的是流场中敷设阻尼材料的有限长加筋双层圆柱壳的低阶模态声辐射性能，壳体的振动用Fligge壳体方程来描述，通过将加筋结构等效为反力和反力矩加在圆柱光壳表面上，采用Helmholtz波动方程和壳体表面的边界条件推导出声一流场一结构的耦合振动方程，然后采用相应的求解方法进行求解。理论结果用辐射声功率和表面振动均方速度级的形式表示。数值计算结果表明低阶模态对壳体声辐射起着主要作用。作者亦详尽讨论了阻尼材料物理性能对壳体低阶模态声学性能的影响，这对壳体振动和噪声性能主动控制有着重要的实用价值。     

部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳声辐射计算方法研究

利用模态展开技术和Green函数法研究了部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳在流场中的声辐射特性.环肋圆柱壳两端简支,并连有无限长的刚性圆柱障板;阻尼层用无质量的粘弹性弹簧模拟.在环肋圆柱壳的模态运动方程中,外声场、阻尼覆盖层和环肋之间存在复杂的模态耦合效应.文中计算了有限长环肋圆柱壳在水下的辐射声功率和振动均方速度,分析了阻尼层覆盖面积、阻尼层刚度、环肋等对其水下声辐射的影响.     

基于模态分析的局部约束阻尼减振设计

阻尼减振技术广泛应用于航海、航空领域,对于如何实现阻尼层的减重增效是重要的研究课题,合理的局部阻尼设计是1种有效的方法。以Ansys软件为仿真平台,以模态分析为基础,设计了1种基于模态振型的局部阻尼敷设方案。为了验证所设计的局部阻尼减重增效的性能,对1块4端简支的平板进行了模态分析,分别进行了局部阻尼和全局阻尼的减振设计,以复合结构的损耗因子和频响曲线为评价标准。仿真结果表明,所设计的局部阻尼可以在减轻阻尼层重量的情况下,达到较好的减振效果,对工程应用具有参考价值。     

集装箱船振动及响应分析

介绍了模态频率响应有限元计算方法的基本理论,以多用途集装箱船为目标船,通过建立全船三维有限元模型,用频率响应法得到船体结构的振动响应.文中还讨论了激励与响应关系、水动质量、阻尼、频率响应计算有效频率数选取等问题,以精确预报船体结构振动及响应.本文采用的分析计算方法对目标船结构振动及响应预报值,与实船试验数据具有很好的一致性.     

船舶结构复合阻尼材料减振性能实验研究

研制了一种自粘性复合阻尼减振胶板,在-30~60℃宽温域内,材料的平均损耗因子达到0.35。采用单点激励振动模态实验方法,研究了复合阻尼材料对船舶模型振动模态阻尼比的影响。采用动力设备运行模拟激励实验,研究了复合阻尼材料对船舶模型结构的阻尼减振效果。结果表明,粘贴复合阻尼材料后,船舶模型在500Hz范围内的模态阻尼比增加了6倍,船舶底舱结构的平均减振效果达到5dB,船舶甲板结构的平均减振效果达到6~11dB。实验研究结果对于船舶薄壁结构的阻尼减振设计具有参考价值。