基于界面位移控制的频响子结构法及试验研究

摘要

动力子结构法由于能够大大减小模型的求解规模，节约计算成本，也方便部门之间的分工合作与子结构模型修改，已越来越多地应用到大型复杂装配结构中去。动态子结构法主要包括模态综合法（CMS, Component Mode Synthesis）与频响综合法（FBS, FRF-based substructure），CMS法在试验模型综合时尚有许多难点未解决，并且存在模态截断的误差。随着频响函数（FRF, frequency response function）测量精度的提高，FBS法的应用越来越广泛，其可进行理论模型之间、试验模型之间和混合模型之间的FBS。
　　近年，FBS法在汽车、船舶、航空航天等领域得到了极大应用，但是在应用过程中往往会出现一些问题，限制了此方法的发展。首先，传统FBS方法只能处理各个子结构连接界面网格或测点一致的情况，而在实际工程应用中，各个子结构的FRF有时是由不同部门获得，可能通过数值计算获得，也可能通过试验获得，无论是理论模型、试验模型，或是混合模型之间的综合，不可避免的要面对界面网格或测点不一致的情况，这样就需要对连接界面进行处理，并改进FBS公式，以保证子结构拼接后的FRF和整体FRF一致；其次，各个子结构的FRF一般与整体坐标系下的不同，这就需要将各个子结构的FRF通过一定的坐标变换，得到整体坐标系下的FRF，然后才能进行拼接；再者，对于一些工程中的对称结构，有时只需要知道一个或几个子结构的 FRF信息，其他子结构FRF通过已知子结构 FRF变换得到，这样不仅大大提高了计算效率，也省去了每个子结构模型建立的过程。
　　本文首先将动力子结构方法应用在工程实际中，然后针对上述FBS中出现的问题展开研究，提出了界面位移控制的FBS算法来解决子结构界面连接点不一致的现象，在综合过程中引入FRF的旋转和镜像操作，进一步解决了子结构坐标系与整体坐标系不同的情形，也适用于对称结构的旋转或镜像综合，提高计算与建模效率。最后，对所提界面位移控制FBS算法展开试验探究，验证了所提算法应用在混合模型FBS中的可行性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 理论模型频响综合法研究发展与现状

1.3 试验与混合模型频响综合法研究发展与现状

1.4 本文研究的主要内容

2 传统频响综合算法研究

2.1 概述

2.2 频响函数的数值计算方法

2.3 传统频响综合方法

2.4 本章小结

3 频响综合法（FBS）与模态综合法（CMS）对比应用研究

3.1 风电塔系统设计参数

3.2 风电塔系统有限元模型及边界条件

3.3 CMS法结果对比

3.4 FBS法结果对比

3.5 本章小结

4 基于界面位移控制和旋转镜像变换的改进频响综合法

4.1基于界面位移控制的频响综合法

4.2 基于旋转和镜像变换的改进频响综合法

4.3 数值算例研究

4.4 本章小结

5 混合模型界面位移控制法试验研究

5.1 概述

5.2 频响函数相关系数灵敏度模型修正法简介

5.3 试验装置及试件

5.4 试验操作与步骤

5.5 模型修正

5.6 基于界面位移控制的混合模型频响综合

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢