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多相关输入时复杂耦合结构的统计能量分析方法研究

作　者: 张万良
导　师: 李舜酩
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 车辆工程
关键词: 统计能量分析多相关激励相关功率流保守耦合系统非保守耦合系统密集频率
分类号: TB53
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

统计能量分析(SEA)方法是分析复杂耦合结构的中高频振动响应的有效方法,并广泛应用于航空、航天、汽车和船舶等领域。在相关输入形式下,传统的SEA在解决保守和非保守耦合系统的能量分析问题时,有一定的局限性。本文以相关激励作用下的两振子动力学模型为基础,开展多相关输入时,复杂耦合结构的统计能量分析研究。本文在综述了SEA的发展历史和研究现状的基础上,系统地介绍了SEA的基本假设、适用范围以及模态密度、损耗因子和输入功率等相关概念。在研究了相关输入形式下,保守和非保守耦合振子能量分布和功率传递的基础上,讨论了多相关输入时保守和非保守耦合结构响应的能量分布,建立了多相关输入时,复杂耦合结构的能量平衡方程,即修正的SEA模型。引入相关功率流,并把耦合阻尼项等效为虚拟输入功率源,由此将非保守耦合振子系统等效为保守耦合振子系统,这为应用SEA理论,对复杂耦合结构中耦合阻尼的处理,提供了一个新思路。本文设计并加工了实验件和搭建了多相关激励实验测试系统。针对SEA参数难确定的问题,设计并建立了SEA参数实验台,并对本实验结构的内损耗因子和耦合损耗因子进行了试验测试,获得了本试验结构的一些相关参数。所得数据分析得知,试验结果与本文建立的修正的SEA模型的计算结果,具有良好的一致性,传统的SEA方法的计算结果与试验结果差距较大。最后,针对两耦合振子密集频率成分自由衰减振动响应信号,提出了一种估计自由衰减振动信号耦合系数的方法,并进行了仿真研究,仿真结果验证了本算法的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-15
第一章绪论  15-24
  1.1 工程背景及研究意义  15-16
  1.2 复杂耦合结构的功率流分析方法简介  16-19
    1.2.1 导纳功率流法  17
    1.2.2 行波分析法  17-18
    1.2.3 结构声强法  18
    1.2.4 统计能量分析法  18-19
  1.3 统计能量分析法研究现状  19-22
    1.3.1 统计能量分析法的国外研究现状  19-20
    1.3.2 统计能量分析法的国内研究现状  20-22
  1.4 本文的主要研究内容  22-24
第二章统计能量分析法的基本原理  24-40
  2.1 统计能量分析的特点及适用范围  24-26
  2.2 保守耦合系统的统计能量分析法的基本原理  26-30
  2.3 非保守耦合系统的统计能量分析法的基本原理  30-32
    2.3.1 非保守耦合振子能量分布与功率流的一般特征  30-31
    2.3.2 非保守耦合系统的统计能量分析法的基本原理  31-32
  2.4 复杂耦合结构的统计能量分析法的一般步骤  32-33
    2.4.1 建立复杂耦合结构的统计能量分析模型  32-33
    2.4.2 确定统计能量分析参数  33
    2.4.3 建立和求解能量平衡方程  33
    2.4.4 求解系统动力学响应  33
  2.5 统计能量分析参数的确定  33-39
    2.5.1 模态密度的确定  33-34
    2.5.2 内损耗因子的确定  34-35
    2.5.3 耦合损耗因子的确定  35-36
    2.5.4 输入功率的确定  36-39
  2.6 本章小结  39-40
第三章多相关输入时复杂耦合结构的统计能量分析  40-51
  3.1 相关输入模型  40-42
    3.1.1 两相关输入、输出关系分析  40-41
    3.1.2 多相关输入信号模型  41-42
  3.2 多相关输入时复杂耦合系统的的能量平衡方程  42-49
    3.2.1 相关输入时保守和非保守耦合振子的能量分布和功率流  42-46
    3.2.2 保守和非保守耦合振子的能量平衡方程  46
    3.2.3 多相关激励作用下复杂耦合结构的能量分布和能量平衡方程  46-49
  3.3 非保守耦合振子系统的等效  49-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章多相关激励作用下板结构的实验研究  51-76
  4.1 试件结构状态  51
  4.2 实验目的与内容  51-52
  4.3 测试系统的标定  52-54
    4.3.1 加速度传感器灵敏度的标定  52-53
    4.3.2 力传感器灵敏度的标定  53-54
  4.4 多相关激励实验设计  54-55
    4.4.1 多相关激励系统设计  54-55
    4.4.2 传感器位置的布置  55
  4.5 振动试验前后的测试可靠性检查  55
  4.6 多相关激励实验简介  55-57
  4.7 统计能量分析参数的确定  57-72
    4.7.1 模态密度确定  57-58
    4.7.2 内损耗因子和耦合损耗因子的测试  58-70
    4.7.3 结构的原点频响函数和跨点频响函数  70-71
    4.7.4 相关激励力的自功率谱和互功率谱  71-72
  4.8 多相关激励实验验证  72-74
    4.8.1 保守耦合结构实验结果及数据对比分析  72-73
    4.8.2 非保守耦合结构实验结果及数据对比分析  73-74
  4.9 本章小结  74-76
第五章密集频率成分自由衰减振动响应信号解耦方法研究  76-84
  5.1 密集频率信号识别方法概述  76
  5.2 两自由度耦合信号的解耦算法  76-79
    5.2.1 自由衰减振动响应分析  76-77
    5.2.2 耦合信号的数学建模  77-78
    5.2.3 耦合信号模型的求解  78-79
  5.3 仿真计算与结果分析  79-82
    5.3.1 仿真计算  79-81
    5.3.2 采样频率对解耦精度的影响  81
    5.3.3 频率间隔对解耦精度的影响  81-82
    5.3.4 噪声对解耦结果的影响  82
  5.4 本章小结  82-84
总结与展望  84-87
  6.1 本文工作总结  84-85
  6.2 本文的创新点  85
  6.3 工作展望  85-87
参考文献  87-92
致谢  92-93
在学期间参与的科研工作及研究成果  93

多相关输入时复杂耦合结构的统计能量分析方法研究

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