網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動模態(tài)局部化與躍遷問題研究.pdf

1、具有高密集模態(tài)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，誤差與缺陷等造成的失諧不可避免，而失諧可能導(dǎo)致振動模態(tài)局部化、振動模態(tài)躍遷和頻率曲線轉(zhuǎn)向等失諧效應(yīng)。因此，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失諧動力特性的分析，對加深結(jié)構(gòu)工作行為的認(rèn)識、提高結(jié)構(gòu)損傷識別和健康監(jiān)測的精確性、可靠性具有重要的理論意義和實用價值。論文借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果，在充分考慮對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動特性產(chǎn)生影響的諸多因素的前提下，以解析分析、數(shù)值模擬和模型試驗為手段，應(yīng)用模態(tài)分析方法及模態(tài)參數(shù)識別方法，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失諧產(chǎn)生的振

2、動模態(tài)局部化、躍遷和頻率曲線轉(zhuǎn)向等動力學(xué)現(xiàn)象及模態(tài)參數(shù)識別問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)、深入的研究。
　　首先，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)局部化、振動模態(tài)躍遷和頻率曲線轉(zhuǎn)向現(xiàn)象的存在性、發(fā)生機(jī)理及求解方法進(jìn)行了分析。本文采用攝動分析方法對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)局部化、躍遷和頻率曲線轉(zhuǎn)向現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了探討。同時，采用有限元方法建立仿天線網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計算模型，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)模擬結(jié)構(gòu)失諧狀態(tài)。失諧分析中，探討了不同邊界條件下結(jié)構(gòu)的振型和頻率特性，從而確定

3、了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動模態(tài)局部化和躍遷問題分析的基本模型。
　　其次，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動模態(tài)躍遷和局部化現(xiàn)象進(jìn)行仿真分析，揭示了桿件剛度和等效節(jié)點(diǎn)質(zhì)量分布失諧對這兩種現(xiàn)象的影響規(guī)律。以失諧球面網(wǎng)殼為例，采用有限元方法對徑向桿件剛度失諧模式下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動模態(tài)躍遷和局部化特性進(jìn)行了重點(diǎn)研究。根據(jù)模態(tài)振型之間的相關(guān)性，分析振動模態(tài)躍遷前后模態(tài)振型之間的異同，給出了振動模態(tài)躍遷是否發(fā)生的判定準(zhǔn)則。繼而，提出了振動模態(tài)局部化的定量描述方法，建立了適合于

4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)局部化判據(jù)。進(jìn)而，根據(jù)所提出的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)局部化因子探討了徑向桿件剛度失諧、環(huán)向桿件剛度失諧和等效節(jié)點(diǎn)質(zhì)量分布失諧這三種失諧模式對振動模態(tài)局部化的影響規(guī)律。另外，對拱支球面網(wǎng)殼的類似分析，驗證了相關(guān)結(jié)論。
　　然后，對頻率曲線轉(zhuǎn)向現(xiàn)象及轉(zhuǎn)向區(qū)域振型的變化特性進(jìn)行分析。以簡單彈簧質(zhì)量系統(tǒng)為例，對結(jié)構(gòu)頻率曲線轉(zhuǎn)向現(xiàn)象、轉(zhuǎn)向區(qū)域的振型相關(guān)性進(jìn)行了分析。建立了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)簡化分析模型，對頻率曲線轉(zhuǎn)向和振動模態(tài)躍遷現(xiàn)象進(jìn)行了分析，

5、揭示了這兩種現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系。將頻率曲線轉(zhuǎn)向現(xiàn)象的研究拓展至復(fù)雜的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，分析不同失諧方式下結(jié)構(gòu)頻率曲線轉(zhuǎn)向和振動模態(tài)躍遷現(xiàn)象的異同，并提出頻率曲線轉(zhuǎn)向的評價指標(biāo)。進(jìn)而，采用攝動法對頻率曲線轉(zhuǎn)向和振動模態(tài)躍遷現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　最后，進(jìn)行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型試驗驗證工作。對前面有限元分析所采用的單層肋環(huán)形網(wǎng)殼模型進(jìn)行了適當(dāng)簡化，設(shè)計制作了單層球面網(wǎng)殼試驗?zāi)Ｐ?，完成了相關(guān)動力測試。對所獲取的實驗數(shù)據(jù)，采用多參考點(diǎn)最小二乘復(fù)頻域