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基于模态空间时域精细积分的结构动力学参数辨识方法
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作者 潘耀宗 赵岩 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第1期29-39,共11页
提出了一种基于模态空间时域精细积分的动力学参数辨识方法.首先,基于时域测量信号和理论预测模型构造辨识方程,在模态空间内,由时域精细积分方法构造了理论预测模型;其次,通过矩阵、向量的Kronecker积运算法则推导了辨识模态的无约束... 提出了一种基于模态空间时域精细积分的动力学参数辨识方法.首先,基于时域测量信号和理论预测模型构造辨识方程,在模态空间内,由时域精细积分方法构造了理论预测模型;其次,通过矩阵、向量的Kronecker积运算法则推导了辨识模态的无约束向量的二次型函数,解析地给出了辨识振型的数学表达;最后,通过对辨识优化问题进行数学变换,仅需要辨识结构动力学特性的谱参数(频率和阻尼比),极大地降低了辨识参数的维度.数值算例中,进行了三自由度弹簧质量系统和高速受电弓的动力学参数辨识,辨识得到的固有频率、阻尼比与理论值相比,误差在8%以内;辨识振型与理论振型之间的夹角的余弦接近1,验证了辨识结果的准确性.该文提出的方法能够有效地实现辨识谱参数(频率、阻尼)和空间参数(振型)的分离,具有非常好的求解效率和应用前景. 展开更多
关键词 动力学参数辨识 时域精细积分法 最小二乘法 自振特性 动力学优化
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考虑吸湿老化影响的天然纤维增强截断圆锥壳屈曲问题的精确分析
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作者 张俊霖 聂雪阳 +2 位作者 王雅静 苏新 周震寰 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期83-88,共6页
天然纤维增强材料(NFRC)在潮湿环境下会不可避免地出现吸湿老化行为,严重影响该类材料和结构的稳定性。为分析该问题,本文引入非线性前屈曲效应,提出了一种适用于NFRC截断圆锥壳屈曲问题的精确分析方法。首先,基于Donnell壳体理论推导了... 天然纤维增强材料(NFRC)在潮湿环境下会不可避免地出现吸湿老化行为,严重影响该类材料和结构的稳定性。为分析该问题,本文引入非线性前屈曲效应,提出了一种适用于NFRC截断圆锥壳屈曲问题的精确分析方法。首先,基于Donnell壳体理论推导了NFRC圆锥壳的屈曲控制方程。其次,采用伽辽金法求解非线性轴对称前屈曲变形,并在此基础上进一步求解获得高精度的临界屈曲载荷以及解析的屈曲模态。最后,通过与已有文献和数值仿真对比,验证了本文方法的精确性,并分析了纤维参数和吸湿老化效应参数对NFRC截断圆锥壳屈曲行为的影响。本文的研究结果有望为该类NFRC截断圆锥壳的抗屈曲设计提供理论基础。 展开更多
关键词 圆锥壳 屈曲 临界荷载 天然纤维增强材料 湿热老化
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Reissner板断裂问题的半解析等几何分析方法
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作者 官高菲 张滢睿 +1 位作者 余雄 徐新生 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期53-60,共8页
板结构是工程中一类重要的基本构件,但是由于材料或者工艺的影响,其在制造过程中难免会产生不同程度的缺陷,从而在服役环境下逐渐演变成宏观裂纹,导致断裂事故。现阶段板结构断裂分析的方法主要分为解析和数值方法两类。解析方法大多仅... 板结构是工程中一类重要的基本构件,但是由于材料或者工艺的影响,其在制造过程中难免会产生不同程度的缺陷,从而在服役环境下逐渐演变成宏观裂纹,导致断裂事故。现阶段板结构断裂分析的方法主要分为解析和数值方法两类。解析方法大多仅适用于无限大或半无限大结构以及简单边界条件情况,数值方法需在裂尖附近区域划分高密度的网格,并且无法准确给出结构的断裂参数,需要复杂的后处理程序。为解决上述问题,本文针对含裂纹Reissner板的弯曲断裂问题,提出一种高精度的半解析等几何分析方法。首先,求解含裂纹Reissner板裂纹尖端附近的广义位移(挠度和转角)和广义应力(弯矩和剪力)的级数展开解。其次,将整板的等几何模型划分为两类区域,即裂尖附近的奇异区和不包含裂尖的非奇异区。在奇异区内,利用获得的级数解进行节点未知量变换,将该区域内大量的节点未知量转换为少量的级数解待定系数,而在非奇异区内保持节点未知量不变,从而获得含裂纹Reissner板弯曲断裂分析的半解析等几何分析方法计算列式,直接获得裂纹尖端附近奇异应力场和对应的应力强度因子的显式表达式。数值算例验证了该方法的精确性,并分析了相关影响参数对应力强度因子的作用规律。 展开更多
关键词 含裂纹Reissner板 弯曲断裂 半解析等几何方法 应力强度因子 解析解
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基于虚拟激励法的大跨度桥梁非平稳随机振动分析闭合解
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作者 赵岩 张亚辉 林家浩 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期202-208,共7页
针对大跨度结构考虑地面空间运动的非一致地震响应分析问题,结合虚拟激励法,应用傅里叶分析建立了结构非平稳随机振动响应演变功率谱分析的频域方法。建立的方法完全基于频域执行,给出了响应演变功率谱的闭合解表达式。由于实现了确定... 针对大跨度结构考虑地面空间运动的非一致地震响应分析问题,结合虚拟激励法,应用傅里叶分析建立了结构非平稳随机振动响应演变功率谱分析的频域方法。建立的方法完全基于频域执行,给出了响应演变功率谱的闭合解表达式。由于实现了确定性调制过程与随机过程的有效分离,应用离散傅里叶变换进行计算不需要较高的采样分析频率就可以获得较好精度的数值结果。数值算例研究了某斜拉桥的考虑地面运动空间效应非平稳随机地震响应,与通常时频分析方法进行对比,验证了本文频域方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 多点输入 非平稳 随机振动 虚拟激励法 闭合解
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二维准晶双材料界面断裂分析的相场法
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作者 官高菲 李彤 +4 位作者 聂雪阳 张滢睿 徐新生 孙家斌 周震寰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第11期1440-1454,共15页
针对二维十次准晶双材料的界面断裂问题,建立了用于预测其裂纹扩展路径的相场分析模型.首先,引入界面相场将离散界面转化为连续分布界面,并获得了界面相场问题的控制方程和边界条件.利用有限元方法对控制方程进行离散,并求解获得连续分... 针对二维十次准晶双材料的界面断裂问题,建立了用于预测其裂纹扩展路径的相场分析模型.首先,引入界面相场将离散界面转化为连续分布界面,并获得了界面相场问题的控制方程和边界条件.利用有限元方法对控制方程进行离散,并求解获得连续分布的界面相场,从而实现了对界面材料参数的弥散处理,消除了材料参数在界面处的奇异性.其次,基于Francfort-Marigo变分原理建立了二维准晶双材料的控制方程,并采用交错求解方案求解其相场分布.在数值算例中,通过与现有文献进行对比,证明了该方法的正确性,并研究了相位子场对裂纹扩展路径的影响,以及多裂纹情况的演化规律. 展开更多
关键词 二维准晶双材料 界面断裂 相场模型 裂纹扩展路径
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精细积分方法的发展与扩展应用 被引量:2
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作者 姚伟岸 高强 +1 位作者 谭述君 吴锋 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期2-25,共24页
钟万勰院士于1991年首先提出计算矩阵指数的精细积分方法,其要点是2N类算法和增量存储。精细积分方法可给出矩阵指数在计算机意义上的精确解,为常微分方程的数值计算提供了高精度、高稳定性的算法,现已成功应用于结构动力响应、随机振... 钟万勰院士于1991年首先提出计算矩阵指数的精细积分方法,其要点是2N类算法和增量存储。精细积分方法可给出矩阵指数在计算机意义上的精确解,为常微分方程的数值计算提供了高精度、高稳定性的算法,现已成功应用于结构动力响应、随机振动、热传导以及最优控制等众多领域。本文首先介绍矩阵指数精细积分方法的提出、基本思想和发展;然后依次介绍在时不变/时变线性微分方程、非线性微分方程以及大规模问题求解中发展起来的各种精细积分方法,分析了其优缺点和适用范围;最后介绍了精细积分方法的基本思想在两点边值问题、椭圆函数和病态代数方程等问题的扩展应用,进一步展示了该思想的特色。 展开更多
关键词 精细积分方法 矩阵指数 常微分方程 时程积分
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航空结构低速冲击监测技术研究进展
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作者 曾旭 邓德双 +4 位作者 杨红娟 杨正岩 马书义 杨雷 武湛君 《航空学报》 CSCD 北大核心 2024年第23期94-121,共28页
低速冲击对航空结构造成的潜在损伤严重威胁飞行器的飞行安全。冲击监测技术能够实时定位冲击源、重构载荷历程并估计冲击能量,是结构健康状态评估的关键技术,对于保障飞行器的服役安全具有重要意义。概述了冲击监测的一般流程;归纳了... 低速冲击对航空结构造成的潜在损伤严重威胁飞行器的飞行安全。冲击监测技术能够实时定位冲击源、重构载荷历程并估计冲击能量,是结构健康状态评估的关键技术,对于保障飞行器的服役安全具有重要意义。概述了冲击监测的一般流程;归纳了具有代表性的冲击定位方法,包括基于稀疏传感器阵列的时差法、时间反转聚焦法、参考数据库法和机器学习法,基于密集传感器阵列的波束成形法、传感器簇法、多重信号分类法和空间波数滤波器法,以及基于非波动信号的其他方法;总结了基于模型和机器学习的2种冲击载荷重构方法,以及冲击能量识别方法;结合冲击监测技术的现状,讨论了其面临的技术挑战并展望其发展趋势。 展开更多
关键词 航空结构 冲击监测 冲击定位 载荷重构 能量识别
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基于Hamilton体系的功能梯度矩形板自由振动问题的解析解
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作者 张继超 钟心雨 +3 位作者 陈一鸣 石越卿 郭程洁 李锐 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第9期1157-1171,共15页
对于功能梯度矩形板的自由振动问题,寻求既满足高阶偏微分控制方程又满足各种非Lévy型边界条件的振型函数十分困难,这使得利用传统方法难以解析求解该类问题.该文拓展了近年来发展的基于Hamilton体系的辛叠加方法,将其成功应用于... 对于功能梯度矩形板的自由振动问题,寻求既满足高阶偏微分控制方程又满足各种非Lévy型边界条件的振型函数十分困难,这使得利用传统方法难以解析求解该类问题.该文拓展了近年来发展的基于Hamilton体系的辛叠加方法,将其成功应用于功能梯度矩形板自由振动问题的解析求解.求解方案将原问题拆分成子问题,并引入物理中性面消除了由于横向材料不均匀产生的拉弯耦合效应,采用在传统Lagrange体系中无法使用的分离变量、辛本征展开等数学方法对子问题进行求解,最后通过叠加获得了原问题的解答.辛叠加方法的优点是不需要事先假定解的形式,克服了传统半逆解法的限制,能够获得更多复杂问题的解析解.将该方法的求解结果与数值解进行对比,证明了其正确性,并在此基础上进行了定量的参数分析,研究了不同边界条件、材料分布和长宽比对板固有频率的影响. 展开更多
关键词 功能梯度板 自由振动 HAMILTON体系 解析解
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细胞核弹性成像技术
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作者 靳芸 梅跃 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期104-104,共1页
目的由于细胞核内的异染色质与常染色质的弹性模量不同,细胞核内部的力学性能呈现非均质性。基于此,本研究聚焦于识别细胞核的非均匀弹性性质分布,旨在利用细胞核的非均质力学特性以进一步加深对细胞迁移和分化等重要生理过程的理解。... 目的由于细胞核内的异染色质与常染色质的弹性模量不同,细胞核内部的力学性能呈现非均质性。基于此,本研究聚焦于识别细胞核的非均匀弹性性质分布,旨在利用细胞核的非均质力学特性以进一步加深对细胞迁移和分化等重要生理过程的理解。方法利用共焦显微镜成像测量获得的细胞核的位移场作为输入,采用了基于伴随法的反问题求解方法来识别细胞核的非均匀弹性性质分布。结果采用数值算例验证算法的精度与鲁棒性,并进一步采用基于共焦显微镜获得的心肌细胞核内的位移场,通过求解反问题获得了其非均质材料分布。基于异染色质与常染色质的刚度差异,成功识别了两者在细胞核中的分布。结论通过数值算例与实验结果验证了所提出弹性成像能够识别细胞核内的非均质弹性材料分布,为了解细胞核的生物力学特性提供了良好的技术手段。 展开更多
关键词 异染色质 细胞迁移 共焦显微镜 生物力学特性 非均质材料 弹性性质 弹性材料 弹性成像
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Efficient Inverse Analysis for Solving a Coupled Conduction,Convection and Radiation Problem Involving Non⁃gray Participating Media
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作者 HE Zheng CAO Zhenkun +2 位作者 CHENG Xiang CUI Miao LIU Kun 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2024年第5期621-631,共11页
The presence of non-gray radiative properties in a reheating furnace’s medium that absorbs,emits,and involves non-gray creates more complex radiative heat transfer problems.Furthermore,it adds difficulty to solving t... The presence of non-gray radiative properties in a reheating furnace’s medium that absorbs,emits,and involves non-gray creates more complex radiative heat transfer problems.Furthermore,it adds difficulty to solving the coupled conduction,convection,and radiation problem,leading to suboptimal efficiency that fails to meet real-time control demands.To overcome this difficulty,comparable gray radiative properties of non-gray media are proposed and estimated by solving an inverse problem.However,the required iteration numbers by using a least-squares method are too many and resulted in a very low inverse efficiency.It is necessary to present an efficient method for the equivalence.The Levenberg-Marquardt algorithm is utilized to solve the inverse problem of coupled heat transfer,and the gray-equivalent radiative characteristics are successfully recovered.It is our intention that the issue of low inverse efficiency,which has been observed when the least-squares method is employed,will be resolved.To enhance the performance of the Levenberg-Marquardt algorithm,a modification is implemented for determining the damping factor.Detailed investigations are also conducted to evaluate its accuracy,stability of convergence,efficiency,and robustness of the algorithm.Subsequently,a comparison is made between the results achieved using each method. 展开更多
关键词 inverse problem coupled heat transfer problem Levenberg-Marquardt algorithm
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预应力及超低温循环作用下碳纤维/环氧树脂复合材料微裂纹行为
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作者 陈春宇 王剑锋 +3 位作者 张木子 柳敏静 杨雷 武湛君 《复合材料学报》 北大核心 2025年第1期182-190,共9页
低温燃料贮箱复合材料化是实现运载火箭结构减重、提升运载能力的有效途径,但贮箱在服役过程中要承受超低温循环和机械载荷的共同作用,容易导致复合材料内部产生微裂纹,从而威胁结构安全。本文利用简易的预应力加载装置对碳纤维/环氧树... 低温燃料贮箱复合材料化是实现运载火箭结构减重、提升运载能力的有效途径,但贮箱在服役过程中要承受超低温循环和机械载荷的共同作用,容易导致复合材料内部产生微裂纹,从而威胁结构安全。本文利用简易的预应力加载装置对碳纤维/环氧树脂复合材料正交层合板进行超低温循环试验,研究预应力和超低温循环共同作用下复合材料层合板的微裂纹萌生和演化规律。结果表明:层合板边缘层的微裂纹密度总体大于内层,但中心两个90°叠加层表现出最大的微裂纹密度;与只有低温循环条件相比,引入预应力后层合板在同样的低温循环次数下微裂纹密度更大,增长速率更快;随着循环次数的增加,微裂纹密度的增长速率先快后慢,最终趋于饱和;随着预应力水平的提升,层合板中微裂纹的萌生和扩展速率也进一步加剧。本文初步揭示了复合材料在载荷及超低温循环耦合作用下的微裂纹萌生和演化机制,可为低温复合材料贮箱的研制和应用提供有意义的参考。 展开更多
关键词 碳纤维/环氧树脂复合材料 层合板 超低温循环 预应力 微裂纹
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基于自适应时间反转聚焦的加筋复材板冲击定位 被引量:2
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作者 武湛君 曾旭 +4 位作者 邓德双 杨正岩 杨红娟 马书义 杨雷 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期507-520,共14页
复合材料结构在航空航天、海洋工程和轨道交通等领域中占有重要地位。但由于复合材料在抗冲击性能方面存在缺陷,实时在线的冲击监测技术越来越受到关注。本文提出了基于自适应时间反转聚焦的加筋复材板冲击定位方法。首先,利用结构表面... 复合材料结构在航空航天、海洋工程和轨道交通等领域中占有重要地位。但由于复合材料在抗冲击性能方面存在缺陷,实时在线的冲击监测技术越来越受到关注。本文提出了基于自适应时间反转聚焦的加筋复材板冲击定位方法。首先,利用结构表面布置的压电传感器网络接收冲击响应信号;然后,利用连续小波变换提取冲击响应信号的窄带Lamb波信号,使用窄带Lamb波信号的包络特征,根据时间反转聚焦原理,构建以冲击位置坐标和窄带Lamb波群速度为变量的虚拟时间反转成像函数;最后,迭代计算不同群速度下对应的虚拟时间反转成像结果,根据不同群速度对应的图像最大像素曲线获得自适应时间反转聚焦图像,从而实现冲击定位。利用尺寸为800 mm×400 mm(长×宽)的加筋编织复材板进行落球冲击实验,验证该方法的有效性。结果表明该方法可以准确的识别冲击位置,且在引入噪声、传感器数量减少和变温情况下仍然具有较好的精度。 展开更多
关键词 时间反转聚焦 加筋复材板 冲击定位 LAMB波 压电传感器
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基于尾部修正蒙特卡洛方法的系泊疲劳可靠性评估
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作者 于思源 武文华 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期13-26,共14页
针对海洋平台系泊系统疲劳可靠性分析中特殊尾部特征带来的求解精度问题,开展了基于安全裕度变量极端轻尾特征的系泊系统疲劳可靠性蒙特卡洛方法研究,评估系泊缆的疲劳失效概率与安全服役寿命。该方法通过引入Weibull尾部系数对安全裕... 针对海洋平台系泊系统疲劳可靠性分析中特殊尾部特征带来的求解精度问题,开展了基于安全裕度变量极端轻尾特征的系泊系统疲劳可靠性蒙特卡洛方法研究,评估系泊缆的疲劳失效概率与安全服役寿命。该方法通过引入Weibull尾部系数对安全裕度的尾部特征进行定量评估,实现了对经典增强蒙特卡洛方法的修正,适用于具有极端轻尾特征的安全裕度情况。对某半潜式平台的系泊系统进行疲劳可靠性分析,比较了该方法与经典EMC方法和Hermite模型的性能。结果表明,该方法预测准确、稳定,具有更高的可靠度且数值模拟次数少,时间成本低,这项研究可为海洋工程结构物的可靠性设计与评估提供有益指导。 展开更多
关键词 EMC方法 疲劳可靠性 尾部特征 Weibull尾部系数
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