波流联合作用下隔水套管的涡激非线性振动

考虑流及波流联合作用,研究了套管的涡激非线性振动.将套管简化为梁模型,计及莫里森非线性流体动力和涡激荷载,建立套管的涡激振动方程.采用克雷洛夫函数求解套管的固有频率和模态,提出了计算涡激非线性动力响应的迦辽金方法.以东海勘探3号钻井隔水套管为例,研究了流引起的主共振和波流联合引起的组合共振.计算结果表明:流对套管的动力响应占主导地位,而波的影响不大.分析了前四阶模态、升力系数、流体阻尼系数对套管动力响应的影响.揭示了波流联合激励下套管复杂的动力响应特性.     

类矩形双肢钝体涡致振动和气动抑振机理

针对具有类矩形双肢钝体断面拱肋的大跨度拱桥在风洞试验过程易出现大幅涡激振动问题,沿拱肋模型表面进行动态风压同步测量及基于POD算法的本征气动力荷载分布模式分解,获得了涡振发生时对于周期性涡激力具有最大贡献的气动力荷载作用位置,初步揭示出此类断面涡激动发生时的局部气动力荷载作用机制。以上海卢浦大桥和肇庆西江特大桥此类具有双肢钝体断面拱桥为工程实例,结合涡激气动力沿拱肋周向时空气分布特征,提出并以二维悬吊节段模型风洞试验验证了拱肋断面多种有针对性的气动控制措施;结合实际桥梁拱肋的三维空间效应,利用全桥气弹模型风洞试验再现了涡振发生效果的气动力特征、阻尼比效应、三维尺寸渐变效应和质量分布效应的综合影响,结果表明：对于类矩形钝体拱肋断面的上下悬板方案和全盖板方案能大幅度降低涡振振幅并使锁定风速区间向高风速段迁移,但实际涡振抑制效果仍需结合三维模型气弹试验最终判断。     

Computationally efficient approaches to fatigue analysis of deepwater risers

Riser long-term fatigue performance is an important design consideration. Although extensive application of irregular sea analysis in time domain with the rainflow counting technique for post-processing is regarded as the most accurate of the approaches for fatigue analysis, it does suffer from some limitations, such as the computational effort. For this reason, two computationally efficient approaches are employed to perform the fatigue analysis of a deepwater top-tensioned riser, based on the Longuet-Higgins distribution and time domain scaling respectively. With Longuet-Higgins distribution irregular wave sea states are expanded into their individual wave bins. These regular wave simulations are of short duration and consequently run quickly. Using the time domain scaling technique, the number of irregular wave runs can be performed for a comparatively small number of load cases and hence reduces the calculation time. The results showed a reasonable accuracy and significant efficiency for both approaches, compared with those from the equivalent rainflow analysis. With much less computational effort and disk storage requirement, the approaches outlined in this paper can therefore be used for the fatigue assessment of deepwater risers in industry practice.     

大跨度桥梁主梁沿跨向涡激振动响应计算

为向抑振提供准确的参考数据,基于单自由度涡激振动经验线性模型,结合主梁振型、阻尼和涡激力相关性,导出了主梁沿跨向竖向、扭转涡激振动响应,建立了大跨度桥梁主梁沿跨向涡激振动描述体系,并探讨了节段模型涡激振动识别气动参数的方法.以一大跨度斜拉桥为例,计算了主梁在不同风攻角下涡激力相关性及沿跨向竖向、扭转涡激振动响应.结果表明,受涡激力相关性作用,涡激振动振幅沿跨向衰减较快.     

Coupled Element Modeling Scheme for the Global Dynamic Analysis of Unbonded Flexible Risers

A coupled element modeling method is proposed for global dynamic analyses of unbonded flexible risers.Owing to the multi-layer structure of unbonded flexible risers, the global-dynamic-analysis method applied to the steel rigid risers is insufficient for flexible risers. The main challenges lie in the enormous difference between the anti-tension and anti-binding capacity of unbonded flexible risers which results in serious ill-conditional calculation in global dynamic analysis. In order to solve this problem, the coupled element modeling approach was proposed in this study. A time domain fatigue analysis was applied to illustrate the necessity of the proposed approach.A dynamic benchmark case is used to demonstrate the accuracy of the coupled element method respectively.Subsequently the validated coupling element method is employed to conduct the global dynamic analyses for a free hanging flexible riser. The results demonstrate that the proposed approach can give the accurate global dynamic response under the guidance of the fatigue failure mode for unbonded flexible riser. The parametric influence analyses also provide a practical and effective way for predicting the global dynamic response.     

Influence of Track Irregularity on Longitudinal Vibration of Wheelset and Correlation Performance

Introduction Greatattentionhasbeenfocusedonthelateral performanceofrailwayvehiclesforalongtimein ordertoachievehigherspeedandbettercomfort.But thelongitudinaldynamicperformancewasneglected exceptforthestudyontractionandbrakingperform ances.Sinceithasfewre…     

内燃机轴系扭振阻尼系数的识别

为了解决内燃机轴系扭振理论分析中阻尼系数难以选取的问题,提出了一种利用轴系角振动模态阻尼比识别轴系各主要部件扭振阻尼系数的方法.该方法将轴系多质量系统简化成当量扭摆系统,利用扭振能量理论推导了轴系角振动模态阻尼比与轴系各部件扭振阻尼系数的关系式.如果已知轴系角振动模态阻尼比,通过分析轴系扭振阻尼特性,并选择合适的轴系角振动模态,即可识别出对轴系扭振起主要作用的阻尼系数.对某6缸和4缸柴油机的仿真和试验研究表明,所识别的轴系部件扭振阻尼系数的最大误差为4.89%,也证明了本文方法的正确性.      

水中复杂结构局部振动特性研究

讨论静水中板状组件的局部振动特性。比较了结构在空气中的局部振动频率与在水中的局部振动频率的变化趋势。当结构在静水中振动时，如采用流体有限元来计算流体的附加质量和附加阻尼，势必导致解题规模过大。本文用基于小参数展开法导出的两平行板间隙内流体的附加质量及附加阻尼系数的解析表达式来构造流体的附加质量阵和附加阻尼阵。这种处理法极大降低了解题规模。另外，还讨论了结构在静水中振动时，附加质量和附加阻尼对结构自     

基于随机振动的液体黏滞阻尼器参数优化

为克服参数敏感性分析方法在研究液体黏滞阻尼器最优阻尼参数时计算工作量大、分析效率低的缺点,利用随机振动理论推导了桥梁上部结构振动系统的理论最优阻尼比,得到了线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式.采用能量等效原理,进一步推导了非线性液体粘滞阻尼器的最优阻尼系数的解析表达式.以某连续梁桥为例,采用动力时程法分析了参数的敏感性.分析结果表明:桥梁用线性液体粘滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5,其对应的阻尼系数可以使阻尼器的减震效率达到最大值.与线性阻尼器相比,非线性阻尼器的最优阻尼系数和最优阻尼力分别降低了55%~67%及16%~22%.      

子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响

为了阐明子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响, 建立了针对带子系统的双层隔振系统的三自由度动力学模型; 推导了一、二级主系统与子系统振幅比的解析式; 分析了3种振幅比随子系统质量比、固有频率比和阻尼比的变化规律; 给出了子系统充当双层隔振系统吸振器时最优参数的解析解和数值精确解; 以中国首批内燃动车动力包为研究对象, 探讨了散热器子系统的刚度、阻尼和质量对动力包双层隔振系统隔振性能以及柴油发电机组和散热器本身振动烈度的影响规律; 得到了最优散热器隔振器刚度的动力包双层隔振系统样机, 并进行了振动试验。试验结果表明: 散热器隔振器刚度大于拐点处刚度1.5倍会严重恶化子系统的振动情况, 其阻尼损耗系数取0.24左右能有效抑制双层隔振系统力传递率和振动烈度比的峰值, 取较大的散热器质量能有效提高双层隔振系统的隔振性能, 减小机组和散热器本身的振动烈度; 经过设计后, 停机工况下二级隔振器最大动反力减小50%, 常规工况下二级隔振器的实测最大动反力为296N, 优于同类水平, 常规工况下机组与散热器实测振动烈度最大值分别为15.45、4.97mm·s-1, 水平优秀。可见, 取较大的子系统质量和阻尼, 并将其视为双层隔振系统的吸振器进行优化设计, 可使双层隔振系统在柴油机启停机工况和常规工况下都具备较优的动力学性能。      

大跨度桥梁涡激振动及其半经验模型介绍

大跨度桥梁在低风速下可能会频繁发生较大振幅的涡激共振而导致结构破坏,因而涡激振动已成为大跨度桥梁抗风设计关键问题之一。该文列举了国外大跨度桥梁典型涡激振动实例,并讨论了具有代表性的一些半经验模型,最后针对大跨度桥梁涡激振动提出了基于风洞试验和半经验模型的研究思路。     

人-结构竖向相互作用两类简化模型分析

基于质量-刚度-阻尼（mass-spring-damper,MSD）和质量-刚度-阻尼-附加质量（mass-spring-damper-rigid mass,MMSD）两类简化分析模型,采用正则化结构振型函数建立简化的人-结构竖向相互作用动力方程. 针对具有非比例阻尼特性的动力方程,采用状态空间法求解耦合系统瞬时频率和阻尼比,讨论两种耦合动力方程的区别以及结构在人行荷载作用下频率和阻尼比的变化规律,分析人-结构耦合状态下结构加速度响应的差异. 结果表明:考虑人-结构竖向相互作用时,两类动力方程的结构阻尼比显著增大,结构瞬时频率略有减小,瞬时阻尼比峰值平均提高31.67%,瞬时频率峰值平均仅减小0.29%; 结构人致振动分析时应考虑人-结构竖向相互作用;MSD和MMSD两种模型分析情况下,结构动力响应差异很小,均方根加速度值的差异仅为0.34%.      

宽幅流线型箱梁涡振性能及制振措施研究

为了抑制宽幅流线型箱梁涡激振动,以青山长江大桥（大跨度宽幅流线型钢箱梁斜拉桥）为背景,通过1:50节段模型风洞试验,在低阻尼条件下研究了主梁的涡振性能以及不同气动措施包括风嘴、检修车轨道、导流板、抑振板和检修道栏杆对涡振性能的影响.结果表明:采用外形较锐的风嘴可改善主梁的气动性能;通过改变检修车轨道位置、轨道支架高度及在其两侧设置导流板对抑制涡振效果不明显;在防撞栏杆后按隔五封一方式布置抑振板,可以使竖向涡振振幅降低45%;高透风率的圆形截面检修道栏杆可显著改善主梁的涡振性能,使涡振振幅降低63%,并且该措施不会影响桥梁美观性、便于工程应用.通过1:27大比例尺节段模型风洞试验,对高透风率圆形截面检修道栏杆的抑振措施进行了验证,结果表明该措施可有效抑制宽幅流线型箱梁涡振.      

磁性液体阻尼减振器的实验研究

针对航天器中一些部件具有频率低、位移小、加速度小的振动特征,设计了专门的实验台,研究了一种结构简单的磁性液体阻尼减振器．在减振过程中,该磁性液体阻尼减振器的能量主要通过摩擦和永磁铁吸附磁性液体的弹性变形来耗散．根据能量耗散机理,通过实验研究分析了磁性液体的种类、体积及永磁铁的形状等因素对磁性液体阻尼减振器减振效果的影响．研究结果表明,在煤油基磁性液体中,柱状磁铁的减振时间随着磁性液体体积的增加而减少;环状磁铁的减振时间随磁性液体体积的增加而减少;在机油基磁性液体中,柱状磁铁的减振时间随着磁性液体体积的增加而增加,环状磁铁的减振时间随着磁性液体体积的增加而减少．     

Numerical study on vortex induced vibration of a flexible plate behind square cylinder with various flow velocities

The vortex induced vibration （VIV） of a flexible plate behind the square head with various flow velocities is simulated. The closely coupling approach is used to model this fluid-structure interaction problem. The fluid governed by the incompressible Navier-Stokes equations is solved in arbitrary Lagrangian-Eulerian （ALE） frame by the finite volume method. The structure described by the equations of the elastodynamics in Lagrangian representation is diseretized by the finite element approach. The numerical results show that the resonance occurs when the frequency of vortex shedding from square head coincides with the natural frequency of plate. And tile amplitude of both the structure motion and the fluid load keeps increasing with the time. Furthermore, it is also found that in particular range of flow velocity the vibration of the plate would reach a periodical state. The amplitude of plate oscillating increases with the growth of velocity, while the frequency is locked.     

拉索式电涡流阻尼器力学模型及性能试验研究

提出一种新型的拉索式旋转电涡流减震系统，该系统由惯容器、弹簧和阻尼单元组成. 为验证该减震系统的减震机理，建立了装配阻尼器的单层框架力学模型，分别进行了单层框架、导体盘为5 mm铜板、10 mm铜板、5 mm铁板、5 mm铜板与5 mm铁板复合时的惯容器和不同材质的导体盘在10、20、30、40 mm气隙下带电涡流阻尼器的振动测试，以分析导体盘与永磁体间的气隙大小、导体盘材质和导体盘厚度对阻尼器附加阻尼比的影响. 试验结果表明:在铜板后附加铁板，阻尼增加至铜板的1.9倍、铁板的1.4倍，可最大化增加阻尼；气隙是影响电涡流阻尼的关键因素，当气隙增大时，阻尼比会迅速减小，调节气隙大小是改变结构附加阻尼比最有效和最容易的方法；阻尼器提供的阻尼比最大可达15.40%，证实了该阻尼器具有较强的耗能能力.      

随机结构参数车辆在随机激励下的振动响应

为分析随机结构参数对车辆系统随机振动响应的影响,通过1/4车辆模型,研究了具有随机结构参数的非线性车辆系统在随机过程激励下的振动响应.将簧上质量、簧下质量、悬挂阻尼、悬挂刚度以及轮胎刚度均视为随机变量,考虑轮胎与车身之间弹簧的非线性,将路面不平整引起的对车辆的激励作为平稳白噪声过程建立系统的动力性方程,采用能量差法对非线性车辆系统进行等效线性化处理;通过求解李雅普诺夫方程,获得平稳随机振动响应协方差矩阵,并通过多次迭代求得稳定的等效线性车辆系统参数.算例计算结果表明:能量差法计算位移的相对误差为6.841 5%,而方程差法的相对误差为8.150 5%;用此方法计算随机响应的方差值仅用了0.8 s,而用Monte Carlo法模拟1 000次耗时70 min.      

流线型箱梁涡振主动吹气流动控制及作用机理

为研究基于主动吹气的流动抑振措施对流线型箱梁涡振性能的影响,进行了1∶50刚性节段模型自由悬挂风洞试验,节段模型与吹气装置连接以达到流动控制效果,分析了主梁处于最不利5°攻角时不同气孔参数下的涡振响应,并通过数值模拟重现了主梁竖弯涡振,分析了主动吹气对抑制主梁涡振的作用机理。研究结果表明:5°攻角原设计断面出现明显竖弯及扭转涡振现象,其中竖弯及扭转涡振分别有2个锁定区间,在竖弯第2锁定区间及扭转第1锁定区间出现涡振响应峰值;主动吹气的流动控制对主梁涡振响应幅值及涡振区间均有较大影响;主梁竖弯涡振在下腹板上下游或者下游吹气速率10 m·s-1时消失,最佳抑制效果达91.9%;吹气速率5 m·s-1对于扭转涡振有明显抑制作用,扭转涡振最佳抑制效果达65.4%;吹气速率对于涡振性能影响明显,吹气速率10 m·s-1的竖弯抑制效果优于吹气速率5 m·s-1,而吹气速率5 m·s-1的扭转抑制效果优于吹气速率10 m·s-1;气孔间距2.5 m工况总体涡振控制效果优于气孔间距5.0 m工况;气孔布置在下腹板的工况抑制效果优于气孔布置在上腹板的工况;当气孔布置于下游下腹板处,吹气速率达10 m·s-1,气孔间距为2.5 m时,主动吹气降低了主梁下游上下表面周期性脉动压差,破坏了下游下腹板处的负压中心,故其能有效抑制主梁竖弯涡振。      

辅助索接地的简化索网-阻尼器系统的阻尼和频率

索网-阻尼器-接地辅助索系统的振动特性研究对于拉索减振问题具有重要的工程应用价值.本文建立了由2根水平拉索和1根锚固于桥面的辅助索组成的简化索网系统,将辅助索简化为线性弹簧单元,基于弦理论,由拉索锚固端的位移边界条件和阻尼器、辅助索安装位置处位移及力的连续条件,推导得索网系统的复特征值方程,并由此求得阻尼和频率的数值解.以3、4阶振动模态为例,讨论了弹簧刚度、安装位置对最大模态阻尼比、阻尼器的最优阻尼系数和相应振动频率的影响.研究结果表明,索网系统的各阶模态存在奇数阶和偶数阶两种模态,两种振动模态具有不同的振动特性.随着辅助索与桥面连接段刚度的增加,最大模态阻尼比可能的取值上限将增加至单索-阻尼器系统的最大模态阻尼比值的2.0~2.4倍,但辅助索可选择的优化安装区间则变得更为狭窄和分散.      

多自由度系统的谐响应分析

运用ANSYS软件分析多自由度系统在简谐激励作用下的稳态受迫振动.以双质量弹簧阻尼系统为例建立有限元模型,计算动力响应以及动态特性.分析了系统的质量、激振频率、刚度及阻尼对缓冲包装系统振动的影响,从而指导实践中包装结构的优化,减少包装件在流通中的破损.