复杂异型机匣高效高精度动力学建模及评价方法

为了解决复杂异型机匣模型单元数量大、原始矩阵阶数高导致的动力学计算与后处理困难的问题,提出基于试验模态分析-大规模有限元-子结构缩聚的复杂异型机匣高精度动力学建模及评价方法。以某型直升机主减速器机匣为研究对象,建立该异型构件原始有限元模型并通过模态试验验证模型的有效性,通过分析机匣子结构各阶模态保留主振型,选择模态能量较大处为缩聚点,得到自由度数目大幅减少的缩聚模型,对比验证缩聚前后模态的一致性,并提出一种基于数列相关系数定义的缩聚误差衡量方法,最后利用界面位移协调条件进行子结构耦合,对比整体模型的固有特性以及计算效率。研究结果表明:缩聚矩阵与有限元原始矩阵动力学特性十分接近,固有频率与振型误差均小于4%,且计算时间更短,存储空间占用更少,极大地提高了计算效率。      

混合边界子结构的航空发动机机匣模型修正

提出了一种基于混合边界模态综合的复杂结构有限元模型修正方法。其主要步骤包括:①子结构划分,根据结构形式划分待修正区域,得到子结构和残余结构;②缩聚和装配,利用混合边界模态综合法,将子结构内部自由度集缩聚至混合边界自由度集,得到子结构缩聚矩阵,并与残余结构的系统矩阵进行装配;③修正,基于灵敏度分析方法,对装配后的残余结构进行参数修正。将该方法应用于航空发动机外机匣的精细化有限元建模及模型修正研究,针对局部连接结构参数修正,子结构模型修正方法的参数收敛后最大误差为064%,其计算效率提高了515倍。算例结果表明,该方法在保证修正精确度的同时,能提高大规模复杂结构有限元模型修正的计算效率。      

一种基于模态减缩技术的整体叶盘结构失谐识别方法

以谐调叶盘有限元模型解析模态和真实失谐结构的测量模态作为基础信息,提出一种整体叶盘结构失谐识别方法.该方法基于经典模态减缩方法(SNM)降阶技术,降低了识别过程的计算花费以及对基础信息的要求;采用子矩阵型技术使得失谐参数定义更加的自由,并使得该方法具有模型修正的功能;利用最可能向量技术处理实验测量模态振型,可有效的限制测量噪声、非线性等因素对识别过程的影响.最后以一个真实叶盘结构的仿真分析证明了该方法的有效性.      

一种基于SNM降阶技术的整体叶盘结构失谐识别方法研究

本文以谐调叶盘有限元模型解析模态和失谐系统的实验测量模态作为基础信息,提出了一种整体叶盘结构失谐识别方法。该方法基于SNM降阶技术,大大降低了识别过程的计算花费以及对基础信息的要求;采用了子矩阵型技术使得失谐参数定义更加的自由,并使得该方法具有模型修正的功能;利用最可能向量技术处理实验测量模态振型,有效的限制了测量噪声、非线性等因素对识别过程的影响。最后以一个真实叶盘结构的数值仿真分析证明了该方法的正确及有效性。     

3-D有限元转子系统动力减缩的部件模态综合方法及应用

为了对3-D有限元转子模型进行动力学减缩,提出基于部件模态综合的旋转子结构方法.该方法利用实模态振型矩阵减缩子结构自由度,不同转速下的减缩陀螺矩阵由转速系数乘以单位转速的减缩陀螺矩阵得到.与复模态减缩相比,避免了重复求解变换矩阵的缺点,减缩精度优于基于Guyan减缩的旋转子结构法.利用该方法减缩了某航空发动机转子模型87%的自由度数.经比较,由Campbell图所得临界转速的最大误差为0.04%,稳态不平衡响应计算结果与原模型也几乎完全相同,使用的内存和计算时间均不到原模型的20%,验证结果证明该方法可行.      

迭代动力缩聚法的收敛性分析

 利用Lyapunov矩阵方程和Riccati矩阵方程解的理论,对迭代动力缩聚法的收敛性进行了分析证明,并给出了迭代收敛的充分条件。揭示了动力缩聚法与经典的子空间迭代法的内在关系,阐明了各自的优缺点。迭代动力缩聚法实质上是子空间迭代法的变形,它需要人为选择主辅自由度,而子空间迭代法需要人为选定初始迭代向量。从理论上讲,只有主辅自由度选择满足收敛的充分条件要求,才能保证迭代结果收敛到理论上的精确解。给出了一个数值算例,对几种算法进行了对比,并验证了本文的论点。     

一种基于响应信息的整体叶盘结构失谐识别方法

以谐调叶盘有限元模型解析模态和真实失谐结构的稳态响应作为基础信息,提出一种整体叶盘结构失谐识别方法。该方法基于公称模态子集（SNM）降阶技术,降低了识别过程的计算花费以及对基础信息量的要求;采用子矩阵型技术使得失谐参数定义更加自由,并使得该方法具有模型修正的功能;直接利用实测的稳态响应数据作为输入参数,并且不需要施加在结构上的外力信息,提高了基础数据可靠性并有效降低了实际测量的难度。最后以一个整体叶盘结构的仿真分析证明了该方法的有效性。     

模态综合的直接变换法

基于固定界面模态综合的Craig-Bampton方法,提出了模态综合的直接变换方法,该法在形式上更简洁,适用于大规模动力学系统的模态分析和动力学模型减缩。对采用直接变换法模态综合过程的计算误差做了分析,给出了计算误差界,阐明了模态综合后总体结构的固有频率与子结构保留主模态个数之间的关系。针对子结构界面自由度太大的情况,提出了直接变换法的分部算法,不需组集系统总刚度、总质量矩阵,仅在子结构的基础上完成系统的减缩。计算实例表明该算法的有效性及计算的稳定性。     

阻尼不相似动力学模型的时域响应修正方法

 动力学相似的缩比模型试验中,阻尼往往难以保证相似,使得缩比模型的动响应测试数据难以直接换算到结构原型上,因此提出一种阻尼不相似动力学模型的时域响应修正方法来解决这一问题。该修正方法假定缩比模型的阻尼可用比例阻尼模型近似表征,并直接从实际缩比模型与理想缩比模型的一般强迫振动响应计算方程出发,利用线性系统的叠加原理和模态叠加法,将动响应修正量的求解转换为理想模型在一个等效附加激励力作用下的时域响应求解。同时,针对实际工程中响应测点数目有限的问题,利用模态缩聚法进行了未测量点的响应反演。该修正方法仅需已知结构原型和实际缩比模型的模态阻尼比,以及准确建立的实际缩比模型的质量矩阵和刚度矩阵,即可实现实际缩比模型在任意激励工况下的测试动响应修正。以某型飞机的翼梁缩比模型为研究对象,对所提出的响应修正方法进行了验证。试验和计算结果对比分析表明,修正后的响应功率谱密度(PSD)和响应的均方根(RMS)值与理想模型基本一致,表明了本文方法的可行性和有效性。     

转角自由度精确缩聚的结构固有动力特性计算方法

本文给出含转角自由度的结构固有特性计算——精确消除转角自由度的计算方法。航空飞行器的结构中,动力特性设计至关重要,各种结构模型的分析,不可避免出现角位移,带转角自由度的结构固有动力特性计算和试验,在航空领域里广泛展开。转角自由度精确缩聚方法,将使结构的数学计算模型缩小一倍,特征方程的计算工作量减少一个数量级,而且不会漏根。同时可避免在试验验证中,转角自由度难以测量的困难,具有较好的价值。     

一种设计参数型的有限元模型修正方法

本文提出了一种设计参数型的有限元模型修正方法。依据正交条件,采用系统矩阵对设计参数的台劳展开式,建立参数修改量的线性方程式,用奇异值分解方法求解。在本方法中充分考虑了试验模态参数误差的影响,及试验振型自由度扩充等问题。计算机仿真及实际算例的结果表明,本方法计算量小、精确度较好。     

基于实验复模态参数的有限元模型修正

提出了一种利用非完备实验复模态参数,修正带有非比例阻尼矩阵结构有限元模型的迭代修正方法。首先,对处理困难的阻尼矩阵表达为质量与刚度矩阵的多项式组合,并给出了物理解释,被修正参数为该多项式的系数和结构的某些局部几何、材料参数,其修正结构物理意义明确,与结构的动态设计相适应,实例表明了本文修正方法的有效性。     

桨毂动力特性的数值模拟与实验模态分析

桨毂动力特性用八节点三维等参元与子空间迭代法进行数值模拟;进行了实验模态分析,从而确定了桨毂前六阶的固有频率及其对应的振型。      

某航空发动机机匣的动力学模型修正

利用动力学模型修正技术对某航空发动机机匣的有限元模型进行了修正.通过振动模态测试得到了实际机匣的模态数据用以作为有限元模型 修正的基准.利用频率对单元刚度的灵敏度分析选定了修正区域.在此基础上,应用1阶优化方法对机匣的有限元模型进行修正.研究结果表明:修正后机匣有限元模型的前10阶模态的计算值与实际测试的误差都在29%以内,可以应用在后续的发动机整机动力学分析等方面.      

非比例阻尼系统动力修改的摄动分析

讨论了对非比例阻尼振动系统作小修改时,其复频率和复振型的摄动分析方法。当振动系统的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵有较小修改时,不重复求解大型复广义特征问题,在已知初始系统复模态参数的基础上进行复模态坐标变换,用矩阵摄动法给出修改系统的频率、阻尼比和复振型。算例表明,将这种方法用于非比例阻尼振动系统的动力修改,计算简单,费用经济,精度较高,因此是一种行之有效的分析方法。     

基于等效板模型的弹翼颤振分析

 基于等效板模型发展了一种适用于导弹翼面的动力学和颤振分析方法。在等效板建模过程中,使用简单多项式定义翼面的几何、结构和位移,利用人工弹簧近似边界条件,通过全局Ritz法得到刚度和质量矩阵的解析表达形式,通过特征值问题的求解得到翼面的固有频率和振型。通过频率和模态的初步比较发现,利用该方法得到的弹翼动力学特性与通过有限元方法得到的结果一致。然后利用这两组模态进行弹翼的颤振分析,通过对比发现,两种方法的颤振分析结果吻合,这也进一步验证了等效板方法在弹翼动力学分析方面的准确性。等效板方法为弹翼初步设计阶段的快速建模提供了一种有效工具。     

利用最简摄动——最优拟合法修正动力分析模型

本文将文献[1,2]的方法推广到非完备测量模态的情况,并叙述了修正模型的唯一性和完备性。同时,本文方法在一定程度上保持了文献[1,2]方法的简单性特点,所以便于实时分析。     

旋转态离心叶轮的动力分析

本文着重讨论旋转态离心叶轮的动力分析。对叶轮的重复扇形区作多部件的分划,研究其结构的模化并应用Benfield模态代入法和群论变换,分析叶轮非旋转与旋转态的固有特性。在旋转态分析中,将子结构联立迭代法扩展用于多子结构分划的结构中。考虑其几何非线性,求出在离心力场中结构的动平衡位置和应力。      

一种加速的参数化模型降阶方法

参数化模型降阶(PMOR)方法离线阶段训练数据的过程比较耗时,因此提出了一种加速方法。在基于矩阵插值的PMOR方法的基础上,采用组合近似的重分析技术对基于振型向量的模型降阶(MOR)过程进行加速,利用初始刚度分解矩阵生成迭代计算基向量以对系统矩阵降阶,通过降阶矩阵生成参数化模型的振型向量,对参数空间上的采样点重复整个加速计算过程生成离线数据库。并以电磁振动台动圈为例,采用普通方法和加速方法对均布采样样本点展开仿真研究,结果表明,在保证所构建的离线模型数据库准确度的前提下,此方法能减少80%以上的MOR计算时间,且随着采样点的增多,增速越明显,可以大幅度提高参数化降阶模型离线训练效率。      

失衡旋翼的直升机自激振动分析模型

直升机使用中很可能出现旋翼各片桨叶特性不一致的情况,为了研究失衡旋翼对直升机自激振动的影响,建立了适用于地面、悬停及前飞状态的旋翼/机体耦合动稳定性分析模型。采用当量铰旋翼模型,计入动力入流的影响,分别在旋转坐标系和固定坐标系中建立了桨叶及机体的动力学方程。以减摆器失效对直升机地面共振的影响为例,对桨叶及机体的时域响应进行了非线性数值仿真,用Floquet传递矩阵法计算了摆振后退型模态频率及阻尼,并用时域分析进行了检验。结果表明,其中一个减摆器失效后,各片桨叶摆振运动特性相差很大,系统的摆振后退型模态阻尼下降幅度高达60%以上。