本课题为自选课题，属基础理论研究。模型试验技术是一门结构检测技术 的新兴分支。本课题以一对工程机械典型结构相似模型为研究对象，分别从理 论推导和试验论证两方面进行静动态分析，推导相似条件，寻找相似规律，建 立相似准则，从而实现用相似模型代替实际样机在实验室进行模拟试验、以静 动态相似理论指导模型试验的目的。课题对于降低产品制造和试验费用、缩短 研制周期、优选设计方案都具有十分重要的意义。 课题主要内容是，在阐述模型试验的意义、作用、发展历史和研究趋势基 础上，简述了模型相似理论的基础，即相似三定理，介绍确定相似判据的分析 方程式和量纲分析法，研究静力结构模型的几何、材料、载荷等相似比，并采 用矩阵分析法，建立了复杂结构模型与原型之间的变形和内力相似关系。 结构实际承受载荷大多为多种载荷组合，为此，本课题对线性和非线性结 构在两种和多种载荷作用下的模型相似律以及相似条件进行了研究，获得了各 组载荷作用下的应力、应变与位移的换算公式和有关结论。 对于动力结构模型试验研究的主要内容有，在建立结构模型的几何、物理、 边界和运动等条件的基础上，推导出动力结构模型试验的相似要求；研究并确 定了动力结构的传递函数相似判据，动力模型的设计条件，运动物理量换算关 系，模态频率、振型、质量、刚度、阻尼等动力特性参数的换算关系，以及结 构模型的动力反应。 本课题还探讨研究了结构模型试验中若干较实用的问题，包括结构弯曲、 扭转静刚度动刚度模型相似律，采用调整相似比方法满足相似准则方程的变态 模型设计方法，运用与原型不同的材料制作模型的应变自模拟法，以及结构自 重的模拟问题，等等。 为了验证从理论上建立的结构模型动力特性相似判据和换算关系，本课题 运用试验模态分析技术，包括振动模态分析、模态测试技术和编制了三个模态 参数识别程序，对模型动力特性进行参数识别，为验证理论提供试验依据。 作为验证理论的应用实例，本课题以工程机械结构中常用的压弯构件为试 验对象，采用有机玻璃材料制作一对相似模型，分别进行强度试验、有限元分 析和模态试验，并对各种试验或分析结果与理论推导结果进行了较全面的比较 和误差分析。 在以上研究中，属创新内容有：分别推导了线性结构和非线性结构在单个 和组合载荷作用下模型相似律及相似条件；建立模型相似比的矩阵表达式；推 导结构动力特性相似律及换算关系；提出结构弯曲、扭转的静、动刚度模型相 似律；探讨结构变态模型设计方法、不同材料模型的应变自模拟以及结构自重 模拟等问题。 通过课题研究，为工程机械模型试验技术中相似理论和实际应用提出了有 价值的新规律和新见解，其研究成果对该学科的发展具有较大的理论意义和实 用价值。