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航空动力学报 2014年第4期29卷 894-900页

作者：左彦飞王建军马威猛北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

为了对3-D有限元转子模型进行减缩,利用Guyan减缩法的基本原理,结合转子动力学分析理论,提出了易于实际应用的减缩方法——旋转子结构法并利用ANSYS程序将其实现.利用该方法减缩了某涡扇发动机转子模型21%的自由度数.减缩模型前20阶最... 详细信息

为了对3-D有限元转子模型进行减缩,利用Guyan减缩法的基本原理,结合转子动力学分析理论,提出了易于实际应用的减缩方法——旋转子结构法并利用ANSYS程序将其实现.利用该方法减缩了某涡扇发动机转子模型21%的自由度数.减缩模型前20阶最大固有频率百分误差为0.43%,除第17阶振型置信因子为0.98外,其余振型置信因子均为1,临界转速计算的最大误差为0.46%.计算结果证明该方法是可行的.

关键词：旋转子结构陀螺效应 3-D有限元模型减缩转子动力学

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模型减缩方法及在某商用车车身动力学分析中的应用

模型减缩方法及在某商用车车身动力学分析中的应用

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作者：孙敏湖南大学

学位级别：硕士

精确的车身动力学模型对优化整车的振动与噪声(NVH)性能及耐久疲劳性能有重要意义。但是精确的车身有限元模型单元数目庞大,动态响应计算需要消耗巨大的计算资源,导致计算效率低甚至计算无法完成,且实时性难以保证。模型减缩能够减少模... 详细信息

精确的车身动力学模型对优化整车的振动与噪声(NVH)性能及耐久疲劳性能有重要意义。但是精确的车身有限元模型单元数目庞大,动态响应计算需要消耗巨大的计算资源,导致计算效率低甚至计算无法完成,且实时性难以保证。模型减缩能够减少模型自由度数目,同时控制精确度下降,从而完成高效计算。在某大型汽车公司横向课题“基于减缩技术的整车振动动力学模型建立及应用”的支持下,以某商用车整备车身为研究对象,运用模型减缩理论和方法,开展了减缩技术及在车身动力学分析中的应用研究,主要研究内容和成果如下:1.阐述模型减缩理论,通过多种减缩方法对比,确定将Guyan和IRS方法应用于整备车身模型实施减缩;2.建立整备车身有限元模型,依据初步的模态分析结果对模型进行修正,以抑制局部模态,突出整体模态。并进行模态分析,用于后续减缩模型的对比;3.应用Guyan和IRS方法分别建立车身动力学减缩模型,建模过程包括:提取刚度及质量矩阵、选择主自由度、编制及优化减缩程序;从模态属性和动态特性两个方面考察所建立减缩模型的精确度。结果表明IRS减缩模型的精度较高,可以用来代替原模型进行长时间的动态响应分析;4.提出二次减缩方法,即在减缩模型的基础上再次进行减缩,规避大型矩阵的迭代来提升减缩效率。通过对比分析得出结论:相同减缩比例下,二次减缩的结果远比一次减缩精确;同等精度下二次减缩技术可得到比一次减缩自由度更小的等效模型,利于快速完成计算。运用模型减缩方法将整备车身有限元模型降阶,最终得到等效减缩模型,提高了计算效率,并从模态特性和动态特性等角度验证了模型精度。论文研究工作是整车振动模型开发的重要环节,为以后车辆的设计开发提供一定的理论参考和工程指导。

关键词：商用车整备车身模型减缩二次减缩车身动力学模态分析动态分析

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基于模型减缩的并行共轭梯度算法研究

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力学季刊 2012年第2期33卷 275-280页

作者：聂雪媛丁桦中国科学院力学研究所水动力学与海洋工程重点实验室北京100190

有限元并行计算被应用于求解大规模工程问题。为进一步提高计算效率,将模型减缩方法引入到并行计算区域划分步骤中,采用共轭梯度法,推导了适用于分布式并行环境的模型减缩并行算法。该方法在模型减缩的基础上,将边界节点进一步分为"... 详细信息

有限元并行计算被应用于求解大规模工程问题。为进一步提高计算效率,将模型减缩方法引入到并行计算区域划分步骤中,采用共轭梯度法,推导了适用于分布式并行环境的模型减缩并行算法。该方法在模型减缩的基础上,将边界节点进一步分为"本地节点"和"共享节点",各任务处理器仅交换"共享节点"相关数据,降低了数据交换量,同时仅保存降阶后的区域矩阵,减少了内存存储。编制了MPI并行计算程序,并通过算例对该方法和普通有限元并行方法进行了比较,验证了算法的有效性。

关键词：模型减缩并行计算区域划分共轭梯度法

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多级离心泵临界转速及模型减缩分析

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中国农村水利水电 2019年第2期 168-171,176页

作者：陈平伟马文生雪增红陈燕重庆水泵厂国家企业技术中心重庆400033 重庆机电集团博士后科研工作站重庆400033

以多级离心泵转子为研究对象,采用商业软件分析了密封动力特性系数,并将密封动力特性系数考虑到湿态临界转速分析中。基于ANSYS软件建立了多级离心泵三维转子有限元模型,计算了干态和湿态情况下的临界转速。计算结果表明,考虑密封动力... 详细信息

以多级离心泵转子为研究对象,采用商业软件分析了密封动力特性系数,并将密封动力特性系数考虑到湿态临界转速分析中。基于ANSYS软件建立了多级离心泵三维转子有限元模型,计算了干态和湿态情况下的临界转速。计算结果表明,考虑密封动力系数后湿态情况下,前3阶临界转速大于干态,第1阶临界转速为4 738 r/min,远大于工作转速2 980 r/min,临界转速满足设计要求。同时针对三维模型自由度多等特点,采用APDL程序对湿态下离心泵转子模型进行减缩,考虑了旋转陀螺效应和离心预紧力的影响。结果表明,模型自由度减缩了68%,临界转速最大误差为0.17%,稳态不平衡响应计算结果与原模型基本相同。

关键词：临界转速密封动力特性系数干态湿态陀螺效应模型减缩

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基于模型减缩理论的无砟轨道振动响应分析

基于模型减缩理论的无砟轨道振动响应分析

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作者：赵浩湖南大学

学位级别：硕士

近几年来，高速轨道交通迅猛发展，安全问题同时日益突出，对于由振动引起的结构破坏与失效的研究有重大的现实意义。基于建立高速列车耦合大系统模型进行动力学分析，是当前研究的前沿主流方法。其中轨道作为整个系统的支承部分，起着... 详细信息

近几年来，高速轨道交通迅猛发展，安全问题同时日益突出，对于由振动引起的结构破坏与失效的研究有重大的现实意义。基于建立高速列车耦合大系统模型进行动力学分析，是当前研究的前沿主流方法。其中轨道作为整个系统的支承部分，起着至关重要的作用。但轨道的数学模型解析解求取复杂，有限元模型自由度维数巨大难以耦合，因此本文提出采用模型减缩理论，处理轨道有限元模型得到自由度维数低的减缩模型。本文基于模型减缩理论的无砟轨道振动响应分析，在提高建模精度和节约分析时间方面有重要的理论意义。论文在国家自然基金重点联合基金项目“高速列车振动行为、振动失效、和振动评价研究”（项目批准号:U1234208）的支持下，以CRTSⅡ无砟轨道为研究对象，基于模型减缩理论和方法，进行无砟轨道模态分析和动态响应分析，主要研究内容和成果如下： 1.从研究背景出发，对轨道建模方法和模型减缩方法做出概述，并详细介绍了无砟轨道数学建模方法和各种模型减缩方法理论知识;2.建立CRTSⅡ无砟轨道各个部件有限元模型，提取模型质量矩阵和刚度矩阵，通过Matlab软件建立耦合模型，运用各种模型减缩方法得到减缩模型;3.对原模型和减缩模型进行模态分析，验证模型建立的正确性，比较各减缩模型在模态分析中的精度，同时研究主自由度保留率对减缩模型精度的影响;4.对原模型和减缩模型进行动态响应分析，验证模型建立的正确性，比较各减缩模型在动态响应分析中的精度。

关键词：高速列车无砟轨道模型减缩模态分析动态响应分析

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基于模型减缩理论的高速列车刚柔耦合振动分析

基于模型减缩理论的高速列车刚柔耦合振动分析

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作者：范然旭湖南大学

学位级别：硕士

近年来,随着高速列车高速化、轻量化和重载化的设计导致车辆系统零部件振动加剧,加速了零部件的疲劳失效,缩短了使用寿命。高速列车大系统的耦合振动问题是目前的研究热点,而耦合系统的建模方法和求解效率是其中的关键技术。因此,如何... 详细信息

近年来,随着高速列车高速化、轻量化和重载化的设计导致车辆系统零部件振动加剧,加速了零部件的疲劳失效,缩短了使用寿命。高速列车大系统的耦合振动问题是目前的研究热点,而耦合系统的建模方法和求解效率是其中的关键技术。因此,如何建立准确有效的耦合模型对高速列车振动分析具有重要意义。转向架构架作为耦合大系统中支撑车身和连接车下设备的重要组成部分,对高速列车的安全运行起到重要的作用。传统建模方法的把转向架构架作为刚体来研究已不符合实际情况,所以在建模过程中有必要考虑构架的柔性特征。然而构架的有限元模型网格规模庞大,自由度多,导致计算机运行效率低,计算不精确。为解决这些问题,本文运用模型减缩的方法,对构架有限元模型进行自由度缩聚,再将减缩后的构架模型与其他部件进行耦合,建立车辆系统刚柔耦合模型,并与车辆系统刚体模型进行振动对比分析。具体的研究内容包括以下几个方面:(1)阐述模型减缩理论和减缩方法,以及应用领域。通过对各种减缩方法的优缺点以及应用范围的介绍,确定选用Guyan和IRS减缩方法对转向架构架有限元模型进行减缩。(2)建立转向架构架有限元模型,运用Guyan和IRS减缩技术对构架有限元模型进行自由度减缩,获得转向架减缩模型。通过对比减缩模型和原型模型的固有频率和模态振型对减缩模型精确性进行验证,结果表明:运用IRS减缩方法得到构架减缩模型精度高于Guyan减缩,能完全替代原模型进行动力学分析。(3)建立车辆系统刚体模型和车辆系统刚柔耦合模型。运用模型减缩技术对两端固定梁模型进行减缩,并验证减缩模型的精确性。将集中质量块通过弹簧与减缩梁建立刚柔耦合模型,并验证了刚柔耦合模型的正确性。根据该减缩梁和质量块的耦合思路建立包含柔性构架的车辆系统刚柔耦合模型。(4)完成对车辆系统刚体模型和车辆系统刚柔耦合模型的模态分析、频率响应分析和简谐振动分析。运用随机振动理论,对整车系统进行随机振动分析。通过对两种模型的计算结果进行对比分析,结果表明:车辆系统刚柔耦合模型在中高频段更能体现柔性构架的弹性振动;在低频段柔性构架对车身和构架的垂向、侧倾振动的影响明显,而对车身和构架的横向振动影响不大;车辆系统在中高频段的振动明显强于系统在低频段的振动,这符合高速列车的实际运行工况。

关键词：高速列车模型减缩柔性构架刚柔耦合随机振动分析

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结构主动控制系统数学模型减缩问题研究

结构主动控制系统数学模型减缩问题研究

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作者：刘隆哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

建筑结构振动主动控制技术因其自身的优越性,目前已经成为振动和控制工程领域内最为活跃的学科之一.实际的建筑结构是一个分布参数系统,应用离散化的方法(有限元)得到的通常是维数非常庞大的系统,对这样的系统,直接进行控制系统的设计,... 详细信息

建筑结构振动主动控制技术因其自身的优越性,目前已经成为振动和控制工程领域内最为活跃的学科之一.实际的建筑结构是一个分布参数系统,应用离散化的方法(有限元)得到的通常是维数非常庞大的系统,对这样的系统,直接进行控制系统的设计,无论是计算,还是实施都是困难的.因此,伴随着主动控制在建筑结构振动控制方面的应用,模型减缩的研究也在不断的进行中.数学模型减缩的目的是为了获得一个满足工程精度要求的低维模型,要求减缩模型的动力特征与实际受控对象有较好的近似,但仅仅是精度要求,对于以主动控制为目的的减缩来说是不够的,主动控制的模型减缩有其自身的特殊性.因此,对于现有的一些动力计算为目的的模型减缩方法,如该文中将要提到的模态截断法,对主动控制系统的适用性有待进一步验证.此论文研究结构控制问题数学模型的减缩.首先,发展了结构动力计算中的模态截断法,使其成为减缩控制问题维数的有效方法.然后,对专门针对控制系统的减缩方法——平衡降阶法进行了研究,提出了只需计算可控、可观格拉姆矩阵部分特征值就可以求出减缩后的内平衡降阶模型.最后,还对减缩系统所遇到的稳定性问题做了研究,提出了能减少控制溢出的一个简便的方法.

关键词：结构主动控制模型减缩稳定性溢出

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基于模型减缩理论的高速列车车辆—轨道垂向耦合系统动力学分析及应用

基于模型减缩理论的高速列车车辆—轨道垂向耦合系统动力学分析及...

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作者：陈元昌湖南大学

学位级别：硕士

为解决分析高速列车车辆—轨道耦合系统振动行为所建立的有限元模型计算效率低的问题,基于模型减缩理论,由简单到复杂先后建立了移动集中力减缩模型、轮轨接触减缩模型和考虑车体和构架弹性的车辆—轨道耦合减缩模型。本文探究了将模型... 详细信息

为解决分析高速列车车辆—轨道耦合系统振动行为所建立的有限元模型计算效率低的问题,基于模型减缩理论,由简单到复杂先后建立了移动集中力减缩模型、轮轨接触减缩模型和考虑车体和构架弹性的车辆—轨道耦合减缩模型。本文探究了将模型减缩法引入到结构受移动载荷问题建模过程中,以提高其动力响应求解效率的可行性,并基于该原理建立了实用的高速列车车辆—轨道耦合系统的高效计算模型。本论文具体开展和完成了如下研究工作:(1)在对受移动载荷的梁结构建模时,利用模型减缩法将原有限元模型减缩为少自由度数的减缩模型,移动载荷先后被考虑成为移动集中力和移动质量弹簧阻尼系统。把模型减缩法引入到受移动载荷结构的建模中与载荷施加位置不变情况的区别在于,随着载荷从一个梁单元移动到另一个梁单元上,原有限元模型的主坐标需要重新选择,减缩模型的系数矩阵需要重新计算。虽然这个过程会额外增加计算负担,但由于运动方程规模的大大缩小,模型的总体计算时间仍然得到极大的减少。为了阐明并验证该方法的有效性,首先将其用于受移动集中力作用的简支梁的建模中,再应用于铁道车辆轮轨接触动态分析的建模中。数值算例表明,在精度保证的前提下,减缩模型相比解析模型和原有限元模型能够更高效地求解移动载荷作用下结构的动力响应问题。(2)开发了高计算效率的数值仿真模型来研究高速列车车辆—轨道垂向耦合系统的动态行为。车辆和轨道被视为系统的两个子结构,车体、构架和钢轨均采用欧拉梁模型,并由弹簧阻尼对来支承,这可以用来研究车辆部件的弹性对系统动态特性的影响。基于固定界面子结构法,对子结构的内部自由度进行缩减,并采用Hertz接触理论将两个子结构耦合。虽然在计算过程中运动方程的系数矩阵需要不断更新,但减缩模型的规模大大减小,并且两个子结构的运动方程是同步求解的,而非采用迭代法,算例表明减缩模型的总体运算效率仍然得到极大的提高。通过与现有文献中一经典模型进行比较,讨论了该模型的精度和计算效率。另外介绍了模型的一个工程应用。(3)基于泰勒级数展开式提出了一种用于结构动力响应分析的高精度时程积分方法,该方法假设某时刻的速度和加速度由该时刻和前后各一个时刻的速度和加速度加权表示,并可根据求解需要调节权值将积分算法构建成隐式格式或显式格式。通过理论分析和数值算例计算讨论了算法的稳定性和精度,确定了最佳的权值和允许的时间步长。证明算法最高具有三阶精度,且具有振幅衰减率低、周期延长率极小等优点。最后将该方法应用于高速列车车辆—轨道垂向耦合系统的动力响应分析中。

关键词：高速列车车辆—轨道耦合动力学模型减缩动力响应分析直接积分法

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某商用车车架系统振动减缩模型开发

某商用车车架系统振动减缩模型开发

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作者：黄训浩湖南大学

学位级别：硕士

随着生活水平的不断提高,人们对舒适性提出了更高的要求,与此同时,货物的运输品质(主要针对商用货车)也已作为消费者购车的重要参考指标。因此,振动问题成为整车设计过程中无法回避的重要议题。车架作为整车的重要基体,是动力总成、车... 详细信息

随着生活水平的不断提高,人们对舒适性提出了更高的要求,与此同时,货物的运输品质(主要针对商用货车)也已作为消费者购车的重要参考指标。因此,振动问题成为整车设计过程中无法回避的重要议题。车架作为整车的重要基体,是动力总成、车身、货箱和悬架等部件的安装基础,并承受来自车内外的各种动静载荷。因此,车架系统的振动特性会对整车的振动产生极大的影响。然而,研究车架模型振动的现有方法中存在以下问题:(1)过多地将车架假定为刚体,忽略车架的柔性特征;(2)仅从分离系统角度研究车架的模态等特性,对各子结构的耦合关系考虑较少;(3)采用商业有限元软件分析车架模型,虽能考虑系统柔性特征,但大型车架模型自由度过多会导致计算效率低、占据内存大。正是出于在“车架应视为柔性体”、“车架模型与其他子构件构成车架系统”、“模型自由度少”和“计算效率高”等方面对计算模型的苛刻要求,有必要运用模型减缩等关键技术,对车架模型进行缩减,在保留较多的结构柔性特性的同时,使模型具有较少的自由度,建立精确的车架减缩模型。论文在某大型公司横向课题“基于减缩技术的整车振动模型建立方法研究”的支持下,以某运输车车架系统模型为研究对象,基于模型减缩理论等关键技术,对车架系统有限元模型进行模型减缩、模态分析和动态响应分析,结合模型验证准则,验证减缩模型的精度,并加以优化改进,建立高精度、高效率的车架系统减缩模型,提出一套高效率、高精度、适用于大型柔性体的模型减缩理论与方法。主要研究内容如下:1.模型减缩方法的选取及模型验证。刚度矩阵和质量矩阵的提取、主自由度的选取、矩阵的正则化、大型矩阵的求解。以体壳耦合算例和大型车架模型算例为研究对象,对比Guyan、IRS等模型减缩方法的精度,结合模型验证准则,确保减缩模型具有较高的逼近度;2.车架系统有限元模型的建立与处理,包括单元类型的选择、网格的划分、模型材料参数的选取以及模型的处理等;3.车架系统减缩模型的模态分析。对比车架系统减缩前后的模态参数,借助模态验证准则(固有频率相关性和模态振型相关性)验证减缩模型的正确性,并研究主自由度选取的个数对减缩模型精度的影响;4.车架系统减缩模型的动态响应分析。研究适用于动态响应分析的边界处理办法,分析货物支撑处节点和车身后悬置节点的动态响应(位移、速度和加速度),并通过平均灰色关联系数验证车架系统减缩模型的正确性。

关键词：车架系统模型减缩模型验证模态分析动态响应分析

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含接触界面的叶盘结构强迫振动响应快速预测方法

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航空动力学报 2019年第9期34卷 1953-1961页

作者：阳刚周标臧朝平南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016 北京动力机械研究所激光推进及其应用国家重点实验室北京100074

建立了含接触界面的叶盘有限元结构强迫振动响应的快速预测方法。以含燕尾型榫连接的叶盘结构有限元(FE)模型为例,通过模态综合法对线性结构模型进行减缩,将模型计算规模降低至原模型的1/25以下,采用谐波平衡法对进行稳态响应预测。在... 详细信息

建立了含接触界面的叶盘有限元结构强迫振动响应的快速预测方法。以含燕尾型榫连接的叶盘结构有限元(FE)模型为例,通过模态综合法对线性结构模型进行减缩,将模型计算规模降低至原模型的1/25以下,采用谐波平衡法对进行稳态响应预测。在此过程中,将作者前期研究工作中提出的雅可比矩阵加速技术进行拓展改进,形成了适用于含接触界面的大规模有限元模型的快速雅可比矩阵快速计算方法,将基于谐波平衡法的响应预测速率提高400倍以上。结果表明:所建立的含接触界面的叶盘结构强迫振动响应快速预测方法准确性良好,在计算效率方面拥有巨大的优势,可为后续开展各种类型干摩擦阻尼器的设计和优化工作提供强有力的工具。

关键词：叶盘结构响应预测干摩擦阻尼模型减缩谐波平衡法(HBM)

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