基于有限元Craig缩聚模型的基础激励和载荷识别

载荷识别是用有限自由度的加速度测量值推断外力.基础激励是在基础自由度上加给定的加速度时间历程激振结构,求整个结构的动响应.利用Craig减缩模型的性质,及界面自由度的已知运动可求出整个结构其余自由度的动力学响应,完成基础激励求解.在此基础上用已知的界面自由运动和求得的非界面自由度的动力学响应,代入结构动力学方程即可实现载荷识别.本方法唯一能给基础激励和载荷识别结果带来的偏差是Craig缩聚模型与原始有限元模型间的差异,对此用频响分析的方式,直接从频响曲线的变化来确定缩聚模型的精度.算例表明这一新的基础激励和载荷识别途径是有效的.      

屋盖MRD隔震升船机结构模型振动台试验

升船机结构塔柱平台处的刚度突变会引起升船机顶部厂房强烈的地震鞭梢效应,在升船机结构模型上设置屋盖磁流变阻尼器MRD(Magnetorhelogical Damper)隔震系统并进行振动台试验,以验证该系统对控制升船机结构顶部厂房地震鞭梢效应的有效性.设计制作了升船机结构模型和磁流变阻尼器隔震系统,分别进行了原结构模型和屋盖MRD隔震结构模型的振动台试验,并对模型结构的动力特性和振动反应进行了对比分析.试验结果表明:MRD隔震系统改变了模型结构的动力特性,有效地减小了升船机结构模型顶部排架层的层间侧移反应.最后进行了数值分析,并与试验结果进行了比较,验证了屋盖MRD隔震-升船机结构系统力学模型与数值分析方法的正确性.     

结构模态参数识别——传递函数法

本文介绍了两种结构模态参数识别的算法。结构近似地考虑为具有粘性阻尼的线性体系,通过实验测量得到的传递函数值与这个模型所导出的传递函数之间的最小二乘法拟合,分别用阻尼因子法和修改的Levy法,可以获得结构模态参数的估计。文中用计算机模拟,作为数据处理的实践并讨论了模态参数识别中的一些问题。     

结构动力学模型修正的一种参数型方法

从连续系统出发,利用应力-应变关系和惯性力公式推导出一种能量范数的本构关系误差公式,用它来构造结构动力学模型修正问题的数学模型;然后根据系统的稳态位移响应,通过一个迭代过程来求解.参数的估算与不完整的实验数据的扩充相互耦合,引入扰动项来反映参数的改变对扩充的影响.仿真算例对实验数据精确和有噪声2种情况进行了研究,结果表明方法合理、可行.      

非接触位移测量中参考点抖动影响的补偿方法

针对用非接触3D光学位移测试系统进行结构动位移形变测试时,测试参考点会发生抖动而影响测试结果的现实难题,提出在用光学位移测试系统测试结构动位移的同时,利用3D加速度传感器同步测试参考点的振动加速度进而获得参考点的3D振动位移,然后用参考点的3D振动位移去修正光学位移测试系统的测量结果,从而提高测量精度的测试和处理方法。论文重点对如何通过振动加速度获得准确的参考点3D振动位移和如何通过参考点的3D振动位移来修正3D光学位移测试系统测量输出的方法和算法进行了研究、仿真和实际测试验证。仿真和实验结果表明,本文提出的测试方法和算法可以有效补偿动位移直接测量中因参考点抖动而引入的测量误差,显著提高测量精度。     

含非线性特性的卫星压紧释放机构动力学研究

针对卫星新型压紧释放机构的局部非线性特性，建立局部非线性结构模型，通过模拟加载得到局部非线性结构的力-位移曲线，根据实际结构的工作情况定义结构等效刚度载荷和位移限制的选取原则，并求解结构等效刚度取值区间，最后针对天线动力学特性开展区间不确定性分析。分析结果与试验结果能够很好地吻合，天线基频误差在10%以内，满足工程应用需求，说明该分析方法的有效性。提出的局部非线性结构等效刚度区间分析方法可为卫星天线新型压紧释放机构非线性动力学分析提供解决途径，也可为其他局部非线性结构动力学分析提供参考。     

直升机滑油散热器动态性能分析

滑油散热器的动态特性是直升机滑油冷却系统设计的基础,使用模块化集总参数法建立了直升机滑油散热器的动态仿真模型,采用Laplace变换建立动态传递函数,结合动态仿真模拟曲线的比较以及传递函数的分析,对热侧和冷侧入口温度阶跃变化时的热侧出口温度动态响应性能进行分析,得到了影响动态性能的重要影响参数——芯体蓄热时间常数τw以及热侧温度随流动时间τ变化的时间常数hτ,从而可通过改变这两个重要影响参数来有效改变散热器以及系统的动态延迟时间.通过散热器动态实验测量,验证了模型的正确性.研究成果可有效改进散热器以及系统的动态性能,以及指导散热器与系统的优化耦合设计.     

薄板的后屈曲损伤分析与疲劳寿命预估

针对薄板在面内压缩载荷作用下的后屈曲损伤问题进行了研究,并进一步考虑屈曲与疲劳损伤的耦合作用,预估了薄板的疲劳寿命.首先建立了薄板的有限元模型,通过线性屈曲分析得到屈曲临界载荷和屈曲模态,进而采用大变形理论,将线性屈曲的一阶屈曲模态作为初始位移扰动,进行薄板的非线性屈曲分析,得到屈曲临界载荷.其次,根据损伤力学理论与方法建立了薄板材料在单次加载过程中的损伤演化方程,并根据材料疲劳试验结果进行参数识别,获取损伤演化参数.根据非线性屈曲分析结果和损伤演化方程进行了后屈曲损伤分析.最后,考虑疲劳载荷的作用,基于损伤力学理论,采用有限元数值方法求解,考虑每次加载引起的损伤与后屈曲应力应变场分析的耦合作用,通过反复迭代计算,给出了结构疲劳寿命.本研究为工程结构的后屈曲损伤分析以及考虑后屈曲损伤的疲劳寿命分析提供了一种新方法和实现手段.      

超空泡水下航行体的结构动力响应特性

通过综合有关文献的理论,得到作用于超空泡水下航行体尾部的冲击载荷与航行速度的关系,然后利用有限元法研究了在不同速度条件下航行体的结构动力响应和变形特性.得到了加速度响应的主频率及其取值区间、航行体内的最大应变值及其分布位置;并给出了加速度响应主频率以及航行体内最大应变值与运动速度的关系.计算结果表明:存在2个加速度响应主频率,当航行体航速相对较低时,应采用第1个主频率作为结构设计时的参考频率,速度较高时应采用第2个主频率;计算还表明:航行体内最大应变值随着航速的增加而显著增加.结果对超空泡水下航行体的结构强度分析和结构优化设计有着指导意义.     

航空发动机螺栓连接薄层单元建模方法

螺栓连接广泛应用于航空发动机结构中,对航空发动机动力特性有重要影响.薄层单元法能够很好地模拟复杂连接结构并保持结构完整性.以薄层单元法为基础,给出航空发动机螺栓连接结构薄层单元法参数化建模原理,研究薄层单元材料参数对螺栓连接刚度的影响规律,并从理论推导出发确定薄层单元相关材料参数,最后将该方法应用到实际结构中,并与精细有限元模型结果对比,从而验证薄层单元法的正确性和应用前景.研究结果表明:薄层单元法能够很好地模拟航空发动机螺栓连接结构;对轴向、弯曲刚度起决定作用的是薄层单元轴向弹性模量,对剪切刚度起决定作用的是薄层单元xy、xz平面的剪切模量;薄层单元材料参数能够用螺栓连接结构参数示出.      

月球着陆器着陆腿非线性有限元建模与仿真

为了准确地预测着陆冲击过程中着陆腿的载荷缓冲和吸能性能用于指导着陆缓冲机构的设计和优化,采用非线性有限元方法进行着陆冲击动力学仿真.建立了单腿着陆冲击有限元模型,采用ABAQUS/Explicit显式动力学程序作为求解器.为提高计算效率,采用了质量缩放技术.对2个单腿着陆冲击工况进行了动力学仿真分析,通过与试验数据的对比证明了分析结果的正确性.分析结果表明:非线性有限元模型可以综合考虑各种非线性因素的影响,能较准确地预测着陆腿着陆缓冲性能;着陆腿的弹性对套筒间的摩擦力有较大的影响,增大着陆腿刚度可以减小摩擦力.     

单元构架式抛物面天线张紧绳索多层设计方法

星载抛物面天线在轨运行时由于姿态调整或环境因素变化,可能产生振动,从而降低其工作性能。为了减弱振动的影响,需采取加装张紧绳索的方法来提升天线刚度。提出了一种新型张紧绳索多层设计方法,通过将抛物面天线划分为多层,调整各层绳索的张紧力,从而提高天线结构刚度,同时尽量降低张紧力引起的形面误差。为了验证所提方法的有效性,建立了天线的有限元模型。在此基础上进行了有限元分析,研究了不同张紧力参数配置下的结构刚度和形面误差,并以提升结构刚度的同时降低张紧力引起的形面误差为目标,对张紧力参数进行了优化设计。为了提高计算效率,采用响应面法建立代理模型参与优化迭代计算。采用非劣排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）完成优化迭代计算,优化后的张紧力参数使天线的性能得到了进一步的提升,为构架式可展开抛物面天线的设计提供理论指导。      

复合材料低速冲击损伤分析方法

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的分层损伤.模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现.层内使用三维实体单元,采用三维Hashin准则作为纤维与基体损伤的判据,并在用户子程序VUSDFLD中实现.将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)低速冲击与冲击后压缩的模拟分析中.结果表明:此方法能够准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的损伤,为复合材料低速冲击损伤分析提供了一种有效的方法.     

基于等效梁模型的长直机翼动力学与颤振分析

针对多自由度的复杂结构,建立简化的等效结构模型,可以快速、有效地进行结构分析.采用能量等效的方法,将多自由度、结构复杂的长直结构等效为空间梁,推导得出等效梁的刚度值和惯量值,利用有限元法得到总体刚度阵和质量阵.针对某机翼模型,得出了等效梁的刚度值和惯量值,进行了振动和颤振特性分析,并分别与有限元软件的计算结果作了对比.结果表明:该等效建模法大大降低了结构自由度,振动及颤振分析误差较小,而且其主要参数值方便修改,因此该方法可用于飞行器的初级设计或结构优化设计.     

含区间参数不确定结构的损伤识别方法

针对损伤识别中遇到的含统计信息不足的不确定参数的结构,以区间向量来描述其中的不确定参数。基于有限元理论给出了应变模态的测试方法,进一步将应变模态表示为区间参数的函数,结合一阶Taylor展开与区间分析,计算了参数不确定条件下应变模态的界限,给出了一种考虑参数不确定的结构损伤识别方法,并在理论上对比分析了与基于概率方法的区别与联系。为验证方法的合理性,对简支梁在不同位置损伤的情况进行了数值模拟,分析了不同损伤程度以及参数不同不确定程度下简支梁应变模态的变化规律,简要讨论了噪声对识别准确性的影响。为含不确定参数的结构的损伤识别提供了一种新的方法和思路。      

复合材料端框渐进损伤分析方法与试验

针对复合材料格栅加筋圆筒的上下端框,进行了3种不同尺寸和铺层顺序的端框片段模型的拉伸试验,得出其破坏形式和极限载荷.建立端框的有限元模型,基于不同的强度理论进行端框的渐进损伤分析,并对计算结果进行比较.以Zinoviev强度理论为基础,从破坏判据和刚度衰减两方面将其扩展为三维理论,并结合Hashin准则进行破坏模式的判断,形成了改进的Zinoviev强度理论,并以此进行端框模型的损伤演化分析和强度预报,数值模拟结果与试验结果取得了很好的一致性.