轴对称液燃火箭全弹纵向振动和动力响应的有限元分析方法

本文介绍一种分析轴对称液燃火箭全弹纵向振动和动力响应的有限元方法。有限元的振动分析采用的是文献[2]的方法,将火箭化分成壳体元素,液体元素和弹簧—质量元素。土星V—阿波罗运载田曾用此种方法做了全弹计算并与1/10的模型实验的结果做了比较,在振型和频率上取得了很好的一致。关于特征方程的求解,介绍文献[3]提出的“子空间迭代法”,用此种方法可以根据我们的需要求出有限阶的振型和频率。在计算动力响应方面介绍文献[4]和[5]的振型迭加法以及文献[6]的“有限元逐步积分法”。用这些方法可以求出动载荷作用下位移,速度和加速度的稳态响应。     

短肢剪力墙结构的自由振动特性分析

采用连续化方法导出了短肢剪力墙结构在任意高度侧向集中荷载的作用下的侧移曲线方程，由此得到该结构的抗侧移柔度系数，进而得出结构的抗侧移刚度矩阵。应用抗侧移刚度矩阵对各种整体性系数和肢强系数的短肢剪力墙结构进行了动力特性分析，研究其对结构动力特性的影响。结果表明，当肢强系数不变时，随整体性系数的增加，短肢剪力墙的前两阶振型的振动周期显著减小，而其他高阶振型的振动周期变化很小；当整体性系数不变时，短肢剪力墙的前两阶振型的振动周期随肢强系数的增加显著减小，而其他高阶振型的振动周期变化不大。     

轴对称结构的模态振型描述和模型确认

利用轴对称结构模态振型的Zernike矩能够有效区分重根模态的特点,提出了一种基于Zernike矩函数的相关性分析方法以及基于Zernike矩函数灵敏度的模型修正方法。以某航空发动机压气机轮盘为例,采用轴对称结构的模态振型Zernike特征矩,通过模态测试数据与有限元模型预测结果的相关性分析,克服重根模态对相关性分析的影响,准确地匹配模态对;同时采用基于Zernike矩函数的振动模态对于设计参数的灵敏度,修正有限元的模型修正,使压气机的设计模型的动力特性预测与实际结构的测试相一致,验证了该方法的可行性与优越性。     

机械阻抗技术在振动分析中的应用

近二十年来机械阻抗技术在振动分析中获得广泛应用,领域遍及航空、航天和各种机械工程。本文力图根据我们的工作和国外资料对这一理论与试验相结合的工程振动分析方法作一较全面综合介绍。主要内容包括:机械阻抗的现代概念(各种激振情况下机械阻抗的描述,结构动力学中阻抗和导纳矩阵及其与模态分析的关系);稳态正弦和瞬态、随机机械阻抗测试技术;图解和计算机模态参数识别以及组合结构系统分析(包括动力特性、动力稳定性和动力响应)。     

V尾伺服弹性试验失稳定位方法研究

准确获取飞行器结构动力学特性及气动伺服弹性稳定裕度,是飞行器首飞成功的关键。针对某飞机在伺服弹性地面试验时发生结构与控制系统耦合问题进行了研究,提出了一种获取飞行器的失稳频率和振型的方法。利用加速度传感器采集结构的振动响应,采用随机子空间模态参数辨识方法分析获得飞机伺服弹性地面试验失稳时V尾振动频率和振型,为控制系统修改设计提供方向及气动伺服弹性理论模型修正提供数据。     

飞行器结构振动研究的有关问题

本文首先介绍了飞行器振动研究方面的发展趋势。过去飞行器结构动力学主要研究弹性飞机在外载荷(力、运动)作用下的结构动力特性和响应。随着航空科学技术的发展,引进了飞行器结构变形对气动力的影响,发展成为气动弹性力学。现在又引进自动控制技术,不仅考虑了结构变形与空气动力的耦合,而且考虑结构系统与控制系统的耦合,发展成为受控气动弹性力学,或受控结构动力学。接着介绍了开环飞机结构动力学的研究内容,包括正问题、逆问题两大类。把已知输入(力、运动)加到已经估算出来的数学模型(如通过有限元素法求得)上,求得所需要的输出,叫做正问题。逆问题之一叫模态识别(或参数识别),即把已知输入加到飞行器上,通过实验测得输出,从而求出数学模型。另一是载荷识别,即根据算出或识别出来的数学模型,和在实际工作情况下测得的输出来确定输入。 本文最后在强调研究飞行器振动问题重要性的基础上,对振动环境问题的研究途径和方法提出了建议与看法。     

试探非比例阻尼线性振动系统的参数识别

本文提供了用复频率、复振型识别非比例阻尼线性振动系统参数的方法。主要内容有: 1.用复频率、复振型建立自由振动状态方程。 2.用已建立的自由振动状态方程确定系统的固有频率、固有振型。 3.引入用实验得到的柔度矩阵,建立强迫振动状态方程及确定系统的M,K、C。 4.为了验证所提出方法的可靠性,进行了两个计算机模拟实验,结果与正确解符合甚好。     

车架结构模态试验和分析——复数功率法在多点激振中的应用

为了建立221型汽车车架动力分析数学模型,用适调多点激振法进行了模态试验,测出了前八阶模态频率和(空间)振型。用复数功率法测出了它们相应的广义质量和结构阻尼系数。并在同样条件下,还用附加质量法、正交力法测出了同一试件前八阶模态的广义质量。本文将这些结果与复数功率法所得的结果作了比较和分析。     

现浇楼板对RC框架结构动力特性影响的有限元分析

借助3D有限元软件,建立钢筋混凝土纯框架和带楼板框架两个空间结构数值模型,进行无阻尼自由振动分析得到各阶振型及周期值,由此探讨现浇板对框架结构动力特性的影响规律。带楼板框架结构基本周期模拟值与PKPM软件计算值十分接近,验证了计算模型的可靠性;纯框架和带楼板框架结构各阶振型、周期的对比表明,楼板导致结构低阶周期提高而高阶周期降低,对结构高阶振型的影响高于对低阶振型。基于分析结果,建议在实际工程结构设计中应充分考虑现浇板的作用。     

环境激励条件建筑结构的试验建模研究

通过环境激励模态识别技术对一座中高层新结构大楼环境激励试验建模研究。首先介绍了试验模型设计 ,并在现场测量整栋大楼在环境激励下的振动响应。然后采用新发展的频率空间域方法 ( FSDD)进行模态识别 ,分别在 0～ 4.5 Hz和 0～ 6.5 Hz频率范围识别出 9阶弯曲和扭转模态频率和振型。采用频率空间域方法识别了结构的阻尼特性 ,并得到满意的结果。所得试验模型已成功应用于 CFT大楼的有限元动态模型修正。所研发的试验建模技术可望在结构响应预报 ,健康监测和振动控制中发挥重要作用     

模态分析技术的现状与展望

一、引言模态分析技术已经成为振动系统分析与设计中广泛使用的重要手段。二十多年来,发展十分迅速。模态分析的经典含意是:将描述多自由度振动系统动力学性态的线性定常微分方程组变换为一组独立的二阶方程(单自由度)组,以便于求解系统动力响应或稳定性问题     

引射器和TPS校准及试验研究

介绍了中国航空工业空气动力研究院(CARLA)飞行器动力模拟器校准箱系统的基本结构和组成、校准箱测控系统、试验方法和数据处理方法,给出了引射式动力模拟器和TPS在校准箱中首次试验的结果和讨论.结果表明,CARIA校准箱是先进的飞行器动力模拟器校准设备,可以满足对动力模拟器推力和质量流量的精确校准.     

全息干涉法对温度场下物体振动的研究

本文用激光全息的时间平均法研究了悬臂矩形平板在线性稳定温度场下的振动,得到了悬臂矩形平板在不同温度场下的振动固有频率和振型。实验表明,温度不仅影响物体振动的固有频率,而且也影响物体的振型。     

取代液体对运载火箭试验动特性的影响

本文首先论述了目前解决液固耦合振动的几种主要的数值方法,分析了各种方法的优点与不足。其中建立液体单元,从而构造比较协调的液固组合单元的方法,是解决液固耦合效应十分有效可取的方法。文中详细推导了三维等参液体单元的特性矩阵公式及其有限元静、动力平衡方程。利用三维等参液体元和固体壳元的组合有限元模型对某箭第三级共底双贮箱进行了有限元分析计算,求得了真实液体燃料和试验取代液体对频率、振型及振型斜率的影响。最后得出结论:完全可以用取代液体代替真实液体燃料进行动特性试验,得到的振型和斜率是可信的。     

战术导弹结构动力学灵敏度分析研究

研究了战术导弹的结构动力学频率灵敏度、振型灵敏度分析技术。首先,给出了结构模态灵敏度分析的理论和计算公式。然后,给出了某型导弹的结构动力学分析有限元模型。最后,分析了战术导弹各连接面刚度对全弹振动频率和振型的灵敏度。研究发现处于结构振型波峰或者波谷的中部连接面的刚度对全弹模态影响较大。该方法为模型修正和结构设计提供了参考。     

空间管路结构单多轴随机振动下的动强度特性研究

从理论分析和仿真计算两个角度，研究对比了典型空间管路结构在单、多轴随机振动载荷下的动强度特性。确定了线性结构模态振型主振方向的评定方法，得到了管路结构模态振型主振方向与随机激振方式和方向、动应力响应之间的规律特性。不仅能够为管路结构随机振动响应试验系统设计提供指导，而且能够为其动强度考核提供保障。     

线性振动系统双递推最小二乘时域参数识别法

本文在时域中探讨了粘性阻尼线性振动系统的复模态参数识别问题。利用振动系统的自由响应采样数据,提出了最小二乘递推与扩阶递推的双递推方法,先识别振动系统的复频率,再识别复振型。为给数据中的噪声提供一定的出口,采用拟合模型的阶数大于振动系统的阶数的数学模型。最后用模态置信因子和模态相关系数来鉴别振动系统的复模态与噪声模态。为验证此方法的正确性,进行了计算机模拟试验,文中附有算例及结果。     

利用约束结构试验获取自由—自由模态的广义逆法

本文根据直接识别和模型修正技术并通过矩阵广义逆概念导出了在非完备测量模态下也适用的试验模态边界条件变换的矩阵公式,得出了三种实用的自由边界的等效“试验”模型(指约束结构动力试验所对应的自由-自由状态的等效试验模型),从而可根据约束结构动力试验结果获取自由-自由状态的动力特征参数的“试验”结果。本文是动力分析模型与试验一致性(或相关)方法在结构或构件自由模态萃取中的应用,适合于从约束程度较大的约束结构获取自由结构模态。文中在讨论部分就三种等效模型的精度在理论上进行了分析、比较并提出了改进措施。     

稳压器安装支架动态特性分析

为了研究稳压器安装支架定频振动激励下的动态响应特性,以某型号稳压器振动试验用安装支架为研究对象,建立了支架及稳压器的有限元分析模型,通过模态分析获得了结构前六阶的固有频率及振型,对稳压器定频振动试验过程中支架的动态响应进行了分析。结果表明,低频基础激励时支架存在一定放大作用,而高频基础激励时支架能够起到一定的减振效果,试验验证表明有限元仿真结果与试验结果吻合较好。为阀门支架设计及振动环境下工装动态特性仿真提供参考。     

LLE算法的模态识别及影响因素研究

局部线性嵌入算法(LLE)是一种实现对高维数据降维的流形学习算法,可基于结构响应数据进行模态参数识别,算法的噪声敏感度和稳定性对参数识别精度具有重要影响。本文以一块复合材料板为研究对象,利用LLE算法对其振动响应数据进行降维处理从而实现模态识别,重点分析了该算法的噪声敏感度和其在不同采样频率下的流形特征稳定性,同时利用模态置信准则(MAC)衡量LLE算法提取得到的振型与有限元振型的相关性。结果表明,利用LLE算法识别的模态参数具有较高的精度,且LLE算法具有较强的抗噪声干扰能力,采样频率对LLE算法的影响与采样定理相一致。