试验和有限元计算结果差别分析

某机高压涡轮叶片振动模态分析摘要：以某机高压涡轮工作叶片为研究对象，讨论其模态振动理论，采用UG建立叶片实体模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对其进行模态分析，并与电动振动台测量结果进行对比，得到有限元分析结果具有一定的可靠性，为数值模拟振动测试数据提供一定的可信度依据，尤其对一些科研机种叶片的数值振动模态仿真分析提供了参考价值。

关键字：振动测试；模态分析；叶片；ANSYS Workbench引言叶片是航空发动机重要组成部分，工作时主要承受离心载荷、气动载荷、热载荷以及工况环境变化导致的交变载荷，工作中很容易发生故障，据统计振动故障占发动机总故障的15%，而叶片振动故障又占振动故障的75%。

而据粗略统计，我国现役航空发动机发生的重大事故中，涡轮叶片的断裂高达80%以上[1]。

因此叶片工作时的可靠性直接关系到整个发动机的运行安全性及使用寿命，为避免叶片振动故障的出现，在设计、制造及维修过程中对叶片进行振动模态分析，得到其固有频率、振型以及振动应力分析就显得尤其重要。

然而，高压涡轮叶片在发动机工作状态下直接对叶片进行频率及振动形态的观察及测试是比较困难甚至是不可能的。

在生产及制造中，一般只对叶片进行自由振动分析，测得其固有频率及振动形态。

单从使用角度来看，仅仅对叶片进行自由模态分析是不精确的，无法获得叶片全生命使用周期内的准确频率及振动形态。

本文首先在电动振动台ES-10-240上对高压涡轮叶片进行振动测试，得出其平均固有频率。

然后再UG中建立叶片实体模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对其进行模态分析，对比有限元分析结果与试验结果。

在此基础上对高压涡轮叶片进行预应力模态分析，得到更准确的振动频率及振动形态，为高压涡轮叶片设计及加工提供一定的参考价值。

1 模态分析理论模态分析是结构动力学分析中最基础、也是最重的一种分析类型，其主要是用于计算结构的振动频率和振动形态，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态阵型。

模态试验和有限元计算结果差别分析通过模态试验和之前有限元分析结果对比，发现试验和仿真得到的模态结果有所差异，这主要与以下一些因素有关：材料参数在仿真计算中材料弹性模量和泊松比一般为查手册得到的材料参数，有时材料参数为一个区间，在这些材料参数选择中与实际机床结构材料参数特性有差异。

边界条件约束不同（主要原因）在通过有限元进行结构模态分析时，对于床身部件一般采用地脚螺栓面的固定约束，而在实际模态测试中，床身底部是通过垫铁支撑，对于床身实际位移约束能力比地脚螺栓固定小很多，因此在仿真分析中不会出现床身整体的侧向摆动，而在试验测试中就可能会出现这种情况。

另外，在圆柱齿轮磨齿机仿真分析中仅对床身模型进行分析，而实际模态测试中床身上部已经安装了立柱，工作台等部件，边界条件与仿真有所差异。

立柱部件在仿真中一般通过底部丝杠螺母约束前后运动，直线导轨约束另外两个方向运动。

在实际模态测试中圆柱齿轮磨齿机立柱未开启静压，实际处于仅有底部支撑的约束状态，拉刀磨床立柱初步安装在后床身上，同样未完全约束，与仿真中设置的边界条件都有所差异。

另外，圆柱齿轮磨齿机的立柱部件已经安装前部滑座和磨具等部件，这与仿真中仅分析立柱机构本身的情况有所不同。

仿真结合面处理和实际情况不同在仿真计算中由于缺少结合面刚度和阻尼参数数据，在结合面处理中滑动连接（如直线导轨）采用不分离无摩擦模拟，固定连接（如螺栓连接）采用粘接处理。

这些处理方式与机床结构实际结合面状态不同，对结构模态分析结果造成影响。

可以通过进一步的试验技术，对运动结合面（直线导轨，静压导轨等）和固定结合面（螺栓连接）进行模态参数识别，得到其刚度和阻尼参数，进而完善有限元计算模型，提高仿真计算精度。

部件实际质量差别对于修整器等部件进行仿真分析时，由于缺少电机，轴承等标准件和外购件模型，只保留主体结构件进行模态仿真。

在实际模态测试中，修整器部件中已经安装电机等零部件，相当于质量增加，结构改变，所以会与仿真结果有所差异。

飞艇吊舱结构有限元分析与试验□李习习□朱强中国特种飞行器研究所湖北荆门448035摘要：吊舱是飞艇的重要组成部分。

通过有限元方法对飞艇吊舱结构进行静强度分析，得到飞艇吊舱的应力与位移云图。

对飞艇吊舱结构进行静力学试验，并将试验结果与有限元分析结果进行对比，确认两者较为吻合。

关键词：飞艇吊舱结构分析试验中图分类号：TH6：V274文献标志码：A文章编号：1000-4998(2021 )03-0021-04 Abstract:The pod is an important part of the airship.The static strength analysis of the airship pod structure was carried out by the finite element method,and the stress cloud map and the displacement cloud map of the airship pod were obtained.The airship pod structure was statically tested,and the test results were compared with the results from finite element analysis to confirm that they are relatively consistent.Keywords:Airship Pod Structure Analyses Test1研究背景浮空器是一种轻于空气，主要依靠空气浮力来克服自身重力和有效载重的飞行器⑴。

飞艇作为浮空器的一种形式，具有续航时间长、载质量大、使用成本低、使用维护方便、起降场地要求低、绿色环保等优点，可以通过搭载不同的任务载荷，广泛应用于军用、民用等领域叭吊舱是飞艇的重要组成部分，一般采用承力框架结构，安装于气囊下部，主要用于系统设备的安装，包括推进系统、电源系统、飞行控制系统、遥测与通信系统、导航系统、艇务管理系统、空管应答机等O 飞艇吊舱需要满足强度设计要求，为有效进行强度设计，通常采用有限元方法进行静强度分析。

螺栓作为重要的连接件，广泛应用于航空航天、船舶、风力发电、桥梁、数码产品等领域。

在实际工况中，螺栓上施加的应力直接影响设备的运行、结构安全和可靠性，因此对螺栓进行监测具有重要的工程意义。

螺栓轴向应力的常用无损检测方法主要有扭矩扳手法、磁敏电阻传感器法、光纤应变法和电阻应变片法等，但是这些方法尚未在工程中得到应用，而超声波法测量螺栓轴向应力可以应用于实际工程中。

传统的压电超声探头存在对材料的表面状态要求高、无法在高温下进行监测、需要和工件进行耦合等缺点，限制了超声波法的应用。

电磁超声作为一种新兴的超声检测方法，可以避免传统超声法测量螺栓轴力（轴向应力）的缺点，在一些领域中已经得到了广泛的应用。

现有研究中，电磁超声模拟多集中于探头优化方面，主要应用在测厚、无损检测等领域，而电磁超声测量螺栓轴向应力的研究较少。

因此，西南交通大学材料科学与工程学院的研究人员利用软件模拟电磁超声换能器激发纵波和纵波在螺栓中的传播过程，分析了螺栓在轴向载荷状态下的应力分布，以及夹紧长度对超声传播声时差的影响，并通过模拟确认了螺栓的夹紧长度与应力系数的关系，将有限元分析结果和真实试验结果进行对比，验证了有限元分析结果的可靠性。

1声弹效应的理论基础采用电磁超声激励纵波对螺栓轴向应力进行测量，该方法结合了胡克定律和声弹效应。

根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值为材料的弹性模量E，可得到：Lσ=L1(1+σ/E)(1)L0=L1+L2 (2)式中：L1，Lσ为螺栓有效受力区间未受应力的长度和受力后的长度；σ为所受应力；L2为螺栓不受力区间的长度；L0为螺栓未受力时的总长。

根据声弹性效应，固体中的声速与应力有关。

假定螺栓紧固应力为单轴均匀拉伸应力，则超声波在螺栓内沿轴向传播的速度与应力有线性关系，可得到：vσ=v0(1+A·σ) (3)v0=2L0/t0 (4)式中：v0为超声波在无应力状态下的传播速度；vσ为超声波在应力状态下的传播速度；t0为无应力状态下的纵波渡越时间；A为声弹性系数。

分片实验与有限元法【摘要】本文主要探讨了分片实验与有限元法在工程领域中的应用及优化方法。

首先介绍了分片实验和有限元法的原理和方法，然后详细分析了它们在工程中的应用情况以及进行了一系列比较分析。

接着提出了优化分片实验和有限元法的结合方法，指出了这种结合的重要性。

展望了分片实验和有限元法在未来的发展前景，并做出了总结。

通过本文的研究，可以更好地理解和应用分片实验与有限元法，促进工程领域的发展与进步。

【关键词】分片实验、有限元法、工程应用、比较分析、结合方法、发展前景、总结与展望1. 引言1.1 分片实验与有限元法的背景分片实验与有限元法是当代工程领域中常用的结构分析方法。

在工程设计与研究中，我们常常需要对各种结构的力学行为进行分析和预测。

传统的试验方法通常需要耗费大量的时间和金钱，并且往往无法完全覆盖所有可能的情况。

人们开始寻求一种更高效、更经济、更精确的结构分析方法。

分片实验是一种通过对结构进行适当的剖分，将结构转化为若干小块，用独立力的作用分析每个小块，最终得到整体结构的力学行为的方法。

有限元法则是一种数学计算方法，将结构离散为有限个单元，通过对每个单元施加适当的边界条件和载荷，最终求解整体结构的力学响应。

这两种方法的应用极大地提高了结构分析的效率和准确性，为工程设计提供了重要的技术支持。

随着计算机技术的不断发展和完善，分片实验与有限元法在工程领域的应用越来越广泛，成为工程师们重要的工具之一。

1.2 分片实验与有限元法的意义分片实验与有限元法作为两种重要的工程分析方法，在工程实践中具有十分重要的意义。

分片实验与有限元法能够帮助工程师更有效地理解和研究结构的受力情况，为工程设计提供依据。

通过模拟和分析结构在不同加载条件下的性能，可以为工程项目提供更可靠的设计方案，提高工程结构的安全性和可靠性。

分片实验与有限元法还能够帮助工程师在设计过程中更好地预测结构的性能，避免设计缺陷和失效。

通过分析结构在不同工况下的响应，工程师可以及早发现潜在的问题，并采取相应的措施进行处理，确保工程项目的顺利进行。

汽车后视镜抖动的试验和仿真分析1 概述车外后视镜是汽车主动安全的重要装置之一，是驾驶员获取汽车两侧和后方等外部环境信息的工具，也是保证汽车行驶安全的重要工具。

在汽车行驶过程中，路面激励、发动机和传动系统的振动都会引起车身振动，可能造成后视镜不同程度的抖动。

严重的抖动会造成后方视野不清，导致驾驶员因判断失误进而引发交通事故。

根据文献统计，我国因后视镜设计制造缺陷造成的交通事故占交通事故总数的30%，而美国所占比例为20%，尤其在高速公路上，此比例高达70%。

因此，后视镜除了满足有关法规和标准要求，合理选择曲率半径、镜面大小外、安装位置外，必须注意后视镜的动态特性。

2 问题的提出在国内某一款乘用车的道路实验过程中发现：后视镜不仅在怠速工况下发生严重抖动，并且在高速行驶和粗糙路面上行驶也有明显的抖动。

使驾驶员观察视野模糊，不仅易造成驾驶员视力疲劳，而且无法及时准确的判断两侧和后方的情况，存在较大的安全隐患。

本文针对此问题进行了分析和改进。

3 实验模态分析为了获取后视镜的真实工作状况，在整车上进行试验，测试后视镜的动态特性时采用锤击激励。

实验的数据采集前端采用LMS公司的SCADIII，力锤采用PCB公司的HEV200，传感器采用PCB公司的三向加速度传感器，数据分析处理软件采用B 9等进行实验。

传感器的布置位置见图1，图1 后视镜传感器布置位置数据采集截止频率为512Hz，频率分辨率为0.5Hz，通过分析可得到如下结果：图2 后视镜模态计算结果从试验结果看出，后视镜的模态频率偏低，很容易被发动机、传动系统以及路面所激励，是导致后视镜抖动的重要原因。

4 后视镜数值模拟分析针对本款车出现的后视镜抖动的问题，如果单纯采用试验方法寻求问题的成因会困难、而且耗时。

为了快速找出结构的设计缺陷并提出修改建议，本文采用仿真模拟方法，对后视镜结构进行结构模态分析，检查找出结构中存在的问题，提出涉及更改建议。

4.1 有限元模型的建立为了使后视镜模态分析在接近于实际情况的条件下进行，采用后视镜安装在前门的状态下进行分析，后视镜及前门的有限元模型是在HyperMesh中完成的，在有限元模型中，采用四面体单元TETR A4，钣金件的单元划分以四边形单元CQUAD4为主，过渡单元用三角形单元CTRIA3，并控制在3%内，铰链轴采用RBE2单元进行模拟，焊点采用CWELD单元进行模拟、胶采用实体单元进行模拟。

5.9.6JCCAD桩承台计算和筏板有限元计算结果差异简析用JCCAD进行基础设计的时候，对于桩承台基础而言，既可以用“桩基承台及独基沉降计算”，也可以用“桩筏筏板有限元计算”菜单进行计算分析。

但两个菜单的计算结果通常都不一样，尤其是用户比较关注的单桩反力的计算结果以及承台的配筋结果往往有比较大的差异。

1.计算模型假设不一样“桩基承台及独基沉降计算”菜单里所有桩承台是假定为刚性体，即承台的受力变形情况是符合平截面假定的，承台本身没有变形。

而在“桩筏筏板有限元计算”菜单里，程序把桩承台视为筏板进行内力分析和配筋计算，承台本身可以根据上部荷载、本身刚度分布以及地基刚度分布自由变形。

所以，对于桩反力而言，“桩基承台及独基沉降计算”菜单由于承台被假定为刚性体，只是一个传力构件，计算结果较为均匀，尤其是只有竖向作用时，同一承台下所有桩的桩反力都一样，而“桩筏筏板有限元计算”菜单因为承台被视为筏板，上部荷载的分布以及筏板本身的变形等因素会影响承台底部荷载的分布以及筏板本身的变形等因素会影响承台底桩反力分布，同一承台下的桩反力通常都会有差异。

通过比较可以看出，在只考虑竖向荷载情况下“桩承台及独基沉降计算”菜单里，桩反力最大值最小值及平均值均相同。

而“桩筏筏板有限元计算”菜单里桩反力值有明显差异。

另外，因为桩承台计算菜单里桩承台被假定为刚性体，计算配筋的时候只有基础底面钢筋，基础顶面不用配筋。

筏板有限元计算菜单里桩承台被假定为筏板，筏板有一定刚度，可以自由变形，原则上筏板上部和筏板下部都应该配置钢筋。

“桩基承台及独基沉降计算”菜单里，承台配筋只有两个方向的基础底面钢筋。

而“桩筏筏板有限元计算”菜单里，每个网格的配筋有四个值，分别为两个方向的上部钢筋和下部钢筋。

2.基础以上覆土重以及基础自重计算方法不一样两个菜单计算基础以上覆土重以及基础自重的时候，计算控制参数以及计算方法都有一定差异。

桩承台计算时，可以由程序自动计算覆土重，也可以由用户手工输入“单位面积覆土重”。

论复杂工程中有限元整体建模结果与试验数据差别的探析摘要：幕墙工程是高层，超高层建筑外观主要选择形式，其系统选择上主要以单元式为主，而且建筑外观和建筑主体的变化性对幕墙结构计算有了更高的要求，传统计算方式在此已经不太适用，基于问题本文对单元式幕墙有限元整体建模计算结果与试验数据差别的探析。

关键词：单元式幕墙，结构计算问题1.引言对于在面内有倾角，面外也有倾角的复杂空间体系的计算，经典计算公式对实际工程实践意义不大，将规范计算公式应用于工程实践但应用范围有限，因此针对复杂的高层建筑采用有限元整体建模会相对适用一些。

本文用工程实例对某项目PMU采用国际计算软件SAP2000 V20进行整体建模，并与四性试验数据作对比来，探析两者之间的差别并验证计算的准确性2.项目特点及技术难点2.1项目特点（1）项目塔楼大部分幕墙龙骨为折线形式且跨度大。

（2）主龙骨含有悬挑300mm和750mm的装饰条。

（3）项目转角板块也带有大装饰条。

2.2技术难点与解决方法原方案采用的是斜向龙骨通常（约40m）作为一个主受力构件，上下立柱通过螺钉与锌套连接并固定在主龙骨上。

主龙骨的连接只能跟随着相对应的楼板与结构柱，通过计算发现单个连接件最大的受力部分已经达到300KN，其结果超过结构设计院提供的允许设计值。

通过计算得出主龙骨截面高度为350 mm。

将此截面在BIM模型中进行放样模拟,发现已经严重影响了建筑的内外效果。

经过多次论证，并与设计院、业主沟通，最终决定简化受力模型，采用常规单元式幕墙做法将立柱做通常，横梁连接到立柱侧边，但是对连接位置做特殊加强处理。

但是对于这种复杂的幕墙体系，其龙骨本身是折线且外侧装有大小装饰条，龙骨同时受到了正向风荷载、侧向风荷载、自重荷载等荷载作用。

此时龙骨受力形式已经从二维受力变为空间三维受力体系。

所以只用1.1和1.2的方法已经不能很准确的得出杆件的实际受力情况。

经沟通最终选用SAP2000 V20进行整体建模计算，以模拟达到真实的受力结果，再通过结果来优化节点，并与试验数据做对比，对两者不同点进行探析，设计出比较完美的幕墙。