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试谈模态复合材料板架结构纯模态试验与有限元模型修正生

收藏本文 2024-03-27 点赞:35793 浏览:160729 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:复合材料由于其优越的比强度特性、耐腐蚀特性、高阻尼、可设计性等,在现代工程结构领域中,特别是新型船舶结构、航天器结构、航空飞机结构等领域,得到了越来越多的运用。复合材料结构和常规的钢质材料相比,其重要的特点之一就是材料特性的分散性,由于制造工艺的差别,复合材料的力学性能,包括弹性模量、质量、强度、阻尼等,均体现一定的不确定性。由此在复合材料结构的有限元数值浅析中,一个关键的不足就是保证有限元模型的准确性,只有这样,才能保证后续的有限元数值浅析结果的正确性。结构有限元模型的修正,主要是依照试验结果,比如:结构频率等,对所建立的有限元模型进行修正,修正的原理是将有限元模型的若干参数依照一定优化准则,进行修改,这样在修正后模型的频率等和试验频率等尽可能的接近,以而使得修正后的虚拟数值模型和实际的物理模型接近。本论文针对某工程实际的一个复合材料板架,分别采取随机激励的模态参数识别法和相位共振的纯模态法,进行了实验模态浅析,给出了结构的前若干阶总体模态值,包括结构的固有频率和振型。和通常采取模态参数识别法相比,纯模态法是在固有频率附近,通过调节激励频率,使得结构按照某阶固有模态方式进行振动,以而得到所谓的纯模态,通过物理测量直接获得结构的模态参数,由此这是一种更为直观的物理识别策略。本论文的试验表明,纯模态策略可以给出较高精度的模态参数。在纯模态试验结果的基础上,本论文基于复合材料层合板论述,采取PATRAN/MSC软件建立了有限元浅析模型,并通过选择板材的厚度、材料的弹性模量、材料的密度作为修正参数,以模态试验的前若干阶总体频率和振型结果为约束,采取一阶优化的策略,对所建立的有限元模型进行了有限元修正,修正后的模型,其固有频率及振型和试验结果的相关性得到了进一步的提升。针对修正后的有限元模型,本论文进一步对该板架进行了准静态浅析计算、屈曲浅析、模态浅析及动力响应计算。关键词:复合材料层合板论文模态试验论文纯模态论文模型修正论文优化论文

    摘要5-7

    ABSTRACT7-11

    1 绪论11-17

    1.1 复合材料结构概述11-12

    1.2 结构模态试验的进展12-14

    1.3 结构有限元模型修正技术进展14-16

    1.4 本论文的主要探讨内容16-17

    2 纯模态试验技术17-35

    2.1 引言17

    2.2 模态参数识别策略17-24

    2.2.1 大型工程结构模态参数识别的基本策略与技术18-19

    2.2.2 最小二乘负指数法试验原理19-22

    2.2.3 对模态参数识别的判据与评估22-24

    2.3 纯模态试验技术24-26

    2.3.1 纯模态试验原理24-25

    2.3.2 纯模态试验的调试和论述判据25-26

    2.4 纯模态试验中的数字信号处理26-34

    2.4.1 正弦振动中的参数测试27-28

    2.4.2 周期信号的傅里叶变化28-29

    2.4.3 误差与窗函数29-31

    2.4.4 纯模态试验中频响函数的测定和固有频率的估计31-32

    2.4.5 试验中频响函数的测量32-33

    2.4.6 频响函数测量中的误差制约33-34

    2.5 本章小结34-35

    3 复合材料板架结构的模态试验35-57

    3.1 引言35

    3.2 试验对象及内容35-36

    3.3 LMS 模态浅析软件介绍36-40

    3.4 激振器和传感器的配置原则40-41

    3.5 试验系统设计41-48

    3.5.1 加速度传感器测点布置41-43

    3.5.2 激振系统及激振器布置43-45

    3.5.3 试验系统集成45-46

    3.5.4 复合材料平面板架结构模态试验实施流程46-48

    3.6 模态参数识别法的结果48-49

    3.7 纯模态试验的结果49-56

    3.8 本章小结56-57

    4 复合材料板架结构的有限元模型修正57-100

    4.1 引言57

    4.2 复合材料结构力学基本论述57-72

    4.2.1 单层板应力-应变联系57-58

    4.2.2 复合材料层合板本构方程58-64

    4.2.3 复合材料薄板结构的弯曲有限元64-72

    4.2.4 复合材料板架的有限元模型72

    4.3 有限元模型修正一般描述72-75

    4.4 基于一阶优化算法的有限元模型修正技术75-86

    4.4.1 灵敏度浅析75-76

    4.4.2 模态特点值和模态振型的灵敏度矩阵76-78

    4.4.3 刚度矩阵及质量矩阵关于修正参数的偏导数78-79

    4.4.4 试验模型与有限元模型的相关性浅析79-80

    4.4.5 基于贝叶斯法的模型修正80-82

    4.4.6 优化设计的原理及步骤82-83

    4.4.7 一阶优化算法83-86

    4.5 模型修正实施及结果86-92

    4.5.1 模型修正前有限元模态浅析结果86

    4.5.2 模态参数的相关性浅析86-87

    4.5.3 模型修正参数的选择及目标函数的确定87-88

    4.5.4 基于优化的有限元模型修正结果88-91

    4.5.5 小结91-92

    4.6 基于修正后有限元模型的结构浅析92-99

    4.6.1 准静态计算92-97

    4.6.2 屈曲浅析97

    4.6.3 正弦激励下的动力响应计算97-99

    4.7 本章小结99-100

    5 总结与展望100-101

    5.1 本论文的主要工作100

    5.2 几个值得进一步探讨的不足100-101

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