结构动力学分析的逆问题—参数识别技术

本文综述了近十年来结构动力学参数识别技术的发展和现状,并以中型直升机的玻璃钢尾桨为例,介绍了模态参数识别的计算方法和稳态正弦激振机械阻抗测试技术,分析了操纵系统刚度对玻璃钢尾桨动力特性的影响。     

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     

全国第四届机械阻抗与模态参数识别学术交流会8月在上海举行

全国第四届机械阻抗与模态参数识别学术交流会,于1985年8月27日—30日在上海举行。会议由交通部上海船舶运输研究所和南京航空学院主办。参加会议的有来自全国各地高等院校、研究所以及机械、航空、航天、造船、建筑、水利、化工、能源、轻工、抗震等部门中从事振动模态分析与试验研究工作的专家、教授和工程技术人员180余名。     

面外弯曲振动薄板上的除冰剪切应力分布特征研究（英文）

基于压电驱动器激励振动的机械力学式除冰技术是一种重量小和能耗低的新型除冰技术，用于应对航空结冰威胁问题。其中机械振动引起的界面剪切应力和相应结构振动模态是该除冰技术研究中的两个重要方面。寻找合适的振动模态来产生足够的界面剪切应力以提高除冰效率是研究中的重要内容。薄板的振动模态通常用横向轴线和纵向轴线上的反节点数m和n来描述。本文目的是研究不同结构弯曲振动模态下除冰剪切应力的分布特征，从而为基于机械振动的结冰防护系统（Ice protection system, IPS）的详细设计建立目标振动模态的选择依据。通过理论分析和仿真计算，建立了界面剪切应力与结构振动模态参数之间的关系。采用“冰层-平板-压电陶瓷”的有限元分析模型（Finite element model, FEM），仿真计算了不同振动模态下的应力应变水平，并根据仿真和实验结果分析了除冰剪切力的分布特征。最终给出了基于弯曲振动模态参数m和n的特征来确定除冰模态的选择标准。     

第27届IMAC会议实况报导

IMAC会议,原称国际模态分析学术交流会,以机械、结构试验模态分析以及相关振动测试技术为重点内容。第一届IMAC会议于1982年秋在美国召开,反映热烈,广受欢迎,被振动工程界定为年度国际学术交流会议。第2届IMAC于1984年2月在美继续举办。     

海防导弹的振动模态试验

多年来,海防导弹的振功模态试验不仅广泛地应用正弦激振方法,同时还成功地把多点脉冲激振方法运用于大型复杂的导弹结构,这在国内尚属首次,突破了目前国内仅能把脉冲激振用于中小型结构状态。本文从理论到试验、定性定量地分析了我们的试验中所出现的各种现象,将其归纳分类,并给出了分析问题的方法,进而使我们找到海防导弹结构形式、导弹内部成件和外部部件等与振动形态之间的关系,由此我们可概括出海防导弹可能产生的几种振动形式,从而可使我们在结构设计之初和模态试验之前就可预示该结构的振动形态;文中阐述了结构质量和刚度对固有振动特性的影响紧紧依赖于结构振动形态这一重要关系,为此可利用这一特点来达到各种技术要求;我们也可从振动形态的分析中来检验结构设计的合理性。所以本文可指导结构设计人员如何根据振动要求和结构振动特性进行结构设计、再设计和结构优化。     

带集中质量无限梁的点阻抗计算——点阻抗在统计能量参数测定中的应用

实际结构的统计能量参数(模态密度、损耗因子和耦合损耗因子),多数须实验测定。结构的点阻抗是实测方法中需用的参数。梁是组成实际结构的常用基本构件之一,根椐需要韭常带有各种附加质量。本文从测定统计能量参数需用的点阻抗的频率均值出发,将有限梁用相应的无限梁代替,给出了带集中质量无限梁点阻抗的计算公式,并附有实验。理论分析与实验结果相符。     

旋翼／机身耦合系统的固有特性研究

直升机的旋翼与机身在桨毂处是机械耦合的，用旋翼阻抗和机身阻抗在桨毂处匹配的方法分析旋翼／机身耦合系统的固有特性。旋翼阻抗由旋翼在固定坐标系中的运动方程得到，这个运动方程由旋翼旋转坐标系中的桨叶模态方程导出，机身阻抗可由此可见 身的有限元分析计算或振动试验获得，还设计与加工了一个旋翼／梁耦合模型，对此模型进行了试验研究，试验结果和计算结果比较表明，分析旋翼／机身耦合系统固有特性的方法是可行的，且具有较高的精度。     

《强度与环境》1977年总目录

第一期:第二期:第三期:第四期:飞行器的振动环境与测试改善小型混响室低频性能的技术振动分析与数据处理现状一个高声强试验用的混响室的设计和建造安置在美国国家标准局的一千二了f万磅万能试验挑人马座液氢贮箱相似模型的低重力重定位标准豁应变发生器的交流性能试验标准静应变发生器标准静应变发生器说明动态分析—评述压阻试脉冲压力传成器及共测试系统随机振动试验介绍用磁带机进行随机振动均衡的技术结构和控制之间的相互作用机械阻抗专集机械阻抗数据的测量与应用《强度与环境》1977年总目录~~     

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。     

应用机械阻抗技术确定直升机旋翼—机身组合系统的固有频率

本文以Y—2直升机为例,从理论分析和机械阻抗的实际测试来阐述如何利用机械阻抗技术确定直升机旋翼——机身组合系统的固有频率,以及旋翼与机身动态特性之间的相互影响。文中不仅给出了组合系统的共振图,而且也提供了在旋翼动力特性设计计算中关于如何处理边界条件影响的一个实例。     

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。     

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。     

机械螺栓连接状态监测和辨识方法研究进展

螺栓连接广泛存在于机械装配结构中.振动环境下螺栓连接的状态会发生滑动、分离甚至松脱等现象,从而严重影响结构的功能性和安全性.监测和辨识机械螺栓连接的状态是结构健康监测研究的前沿热点.首先,对螺栓连接非线性动力学问题的研究现状进行了分析,指出针对复杂螺栓连接结构的非线性动力学问题的深入研究是建立可靠的状态检测和辨识方法的基础.然后,讨论了基于振动分析的两类结构健康监测方法在机械螺栓连接中的研究进展,重点综述了基于机电阻抗的状态监测方法的原理、应用现状和不足.最后,讨论了基于非线性系统动力学理论的状态监测方法及其在螺栓连接中的研究应用情况,指出了该技术进一步发展应用的若干关键技术.     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

与直升机操纵系统耦合的旋翼桨叶扭转振动固有特性的分析

本文用机械阻抗方法研究与直升机操纵系统耦合的旋翼桨叶扭转振动固有特性,并附一应用实例。分析结果表明:操纵系统对旋翼桨叶扭转振动固有特性的影响是一个值得注意的问题。     

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     

某振动台大型转接夹具设计与振动特性计算分析

针对振动试验需求,对某振动台大型转接夹具进行设计及振动特性分析。夹具设计过程中,采用结构优化软件OPTISHAPE-TS进行优化设计,振动特性分析应用有限元软件Ansys开展。设计与分析结果表明,经优化设计的夹具,其振动特性自身满足设计要求;另一方面,当夹具与振动台动圈相连接组成动圈夹具整体结构后,整体结构的模态与夹具自身模态相比发生改变。研究结果对振动试验控制技术有所启示,并为类似夹具优化设计提供依据。     

液体捆绑火箭POGO稳定性分析的闭环传递函数法

2003年,CZ-2F火箭成功将"神舟号"飞船送入太空。从遥测数据分析发现,在一级飞行末秒出现逐步增大的低频振动,具有典型的纵向耦合振动(以下称POGO)特征。国内外研究结果表明,液体火箭上升段常产生一种纵向动力学不稳定,它是由箭体结构模态振动和液体发动机的推进系统相互耦合而引起的一种自激振动。火箭结构系统、输送管路系统和动力系统构成了带反馈的闭环控制系统。火箭在飞行过程中,上述系统中的部分参数是变化的,故实际飞行状态对应着时变的系统。但系统在某一固定的飞行秒状态,可按线性时不变系统进行稳定性分析。推导出液体捆绑火箭POGO振动的传递函数,提出了闭环传递函数法并对液体火箭进行了POGO稳定性分析。计算飞行状态的稳定性,结果与飞行发生的情况基本一致;对可能采取的蓄压器参数设计方案,包括氧化剂管路与结构纵向一阶、纵向二阶和助推器局部模态的耦合,进行了稳定性分析,给出了不同结构阻尼时的稳定性裕度。文中的闭环传递函数法具有通用性,适用于液体捆绑火箭的POGO稳定性分析。     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅰ)--导论

本文是系列讲座的第一篇。针对工程中复杂结构的振动控制问题，本文以一个典型的航天结构为例，对振动控制一体化理论和技术的基本概念进行了介绍，以解决振动控制技术在复杂结构中实现的问题。对各种振动控制策略、控制材料和器件进行了讨论和比较，并对振动控制一体化策略实现中遇到的问题进行了分析，包括控制律中的鲁棒控制，作动器和传感器的优化配置问题，智能材料在振动控制中的应用，特别强调了杂交阻尼在结构减振中的重要作用。探讨了控制机理、优化设计以及智能结构的发展和研究目标，指出振动控制的研究必须与具体工程问题结合，强调试验的重要性，建议建立合作研究的标准化验证模型，促进振动控制一体化理论和技术的发展。