列车用橡胶减振器的性能关系到列车运行的平稳性和乘员的舒适性。橡胶作为一种典型的超弹性材料,在工程应用中存在较大的不确定性。基于模型确认方法,以橡胶结构件为研究对象,首先对橡胶试样进行了单轴拉伸实验,获得材料的应力-应变曲线,拟合曲线得到Mooney-Rivlin模型的参数,并估计和识别参数的不确定性;然后对试样进行了简单剪切实验,获得频域黏弹性材料模型参数及其不确定性;最后建立了橡胶减振器超弹性-黏弹性模型,通过计算获得了小振幅下橡胶减振系统的动态特性,并对减振结构固定频率下的加速度响应值进行量化分析,验证了橡胶减振器超弹性-黏弹性模型的合理性。

以轨道车辆地板组合断面为研究对象,为了获得精确的振动响应计算模型,采用基于模态特征的有限元修正方法,对结构较为复杂的复合材料客室地板进行了有限元模型修正,使用修正后的模型进行模态参数、频响函数的试验和仿真验证,结果表明,在50 Hz以内试验与仿真结果匹配性较好。基于修正后的地板组合断面有限元模型,研究了不同座椅安装方式对地板断面振动响应及传递规律的影响,研究结果与现车的振动规律一致,从理论上验证了现车座椅安装改善方案的合理性。

为了获得机械结构的精确模型,采用以逆响应面的有限元模型修正理论为基础的方法。逆响应面法直接拟合出设计参数(密度、弹性模量等)关于特征参数(固有频率等)的显式表达式,以特征参数目标值带入逆响应面函数得到修正后的设计参数值,相较于响应面法,无需迭代寻优,减少计算工作量。以齿轮轴和磨机传动轴为例,实现了以逆响应面法为基础的有限元模型修正,并计算修正前后模态频率误差,结果显示逆响应面法模型修正效果较优于响应面法,进而验证了逆响应面法在机械结构动力学特性分析中的有效性。

针对电路板焊点的疲劳失效问题,首先使用基于灵敏度的模型修正方法对有限元模型参数进行了修正,并通过模态试验和振动试验验证了模型的精度。然后通过随机振动试验获得应力-时间历程的载荷谱,再通过瞬态响应分析获得危险焊点的应力响应时域信号。最后运用雨流计数法和Miner累积损伤理论对焊点进行疲劳寿命分析,对比了模型修正前后误差对疲劳寿命的影响,为印制电路板的疲劳寿命分析提供了参考。

为了有效识别工程结构中的螺栓连接松动,防范结构连接失效风险,以应变频响函数(SFRF)作为响应特征指标,提出了一种基于模型修正思想的螺栓连接结构松动识别方法。对含4个螺栓连接的搭接板结构,采用薄层单元描述螺栓连接,分别提取仿真模型和松动损伤结构模型螺栓连接位置的应变频响曲线,拾取频响曲线的特征点并构造目标函数。采用拉丁超立方抽样和径向基函数近似方法,构造了连接参数和目标函数之间的代理模型关系。基于模型修正思想,采用遗传算法对目标函数进行优化,识别模型中连接参数值。通过比较模型的初始连接参数和识别出的参数值,可定量描述结构松动损伤。数值算例结果表明,薄层单元有限元建模方式能较准确地模拟螺栓连接特性,使用代理模型可提高搜索效率,能有效识别螺栓连接结构的松动程度。

提出将模态频率和有效模态质量构造的残差作为遗传算法的目标函数进行结构动力学有限元模型修正的方法。有效模态质量不但可以为结构动力学响应分析提供一种判断模态贡献程度的方法,而且能够为有限元模型修正提供更多的信息量。介绍了有效模态质量的概念和基于遗传算法的结构动力学模型修正理论,在此基础上采用仿真算例验证了所提出方法的正确性和有效性。仿真结果显示,模型修正后参数最大误差为-0.062%,不管是在修正频段内还是修正频段外,频率和有效模态质量的均方误差都小于0.025%。研究表明,使用有效模态质量和遗传算法的结构动力学有限元模型修正是有效可行的。

设计了一种磁流变液阻尼器并应用于磁悬浮轴承系统中,由于临界转速分析是转子支承系统设计中最重要的内容之一,针对基于磁流变液阻尼器的高速磁悬浮柔性转子,利用有限元法分析了不同刚度和不同阻尼分别对磁悬浮转子临界转速的影响程度,从理论上得出了磁流变液阻尼器支承刚度在104～105N/m之间、阻尼在700N·s/m附近时对转子临界转速影响较大的结论,分析结果有助于指导磁流变液阻尼器的设计。

提出了采用应变模态置信度为待修正响应特征的有限元模型修正方法。应变模态置信度是评价有限元仿真与试验测试结果相关性的方法,可以为模型修正提供全局的频率误差信息和局部的应变相关性信息。首先,介绍了应变模态和有限元模型修正的相关理论方法;然后,以某航空加筋壁板结构为对象,通过仿真分析和“仿真试验”获得结构的应变模态频率以及对应的应变振型,进一步计算频率误差和应变模态置信度误差;最后,基于两种误差构造模型修正的目标函数,采用遗传算法对目标函数进行优化,修正结构中的待修正参数,并将修正后参数代人模型,验证所提方法的正确性和有效性。结果表明所采用的方法获得的修正后有限元模型具有复现修正响应特征的能力,并且对于未修正频段内的响应也具有较好的预测能力。