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%.      

大跨度组合楼盖人致振动分析与实测研究

为探讨大跨度组合楼盖的人致振动性能,基于单人脚步荷载模型,结合影响人群行走效应的因素,如人群分布、行走频率等,提出了一种人群激励的随机模拟方法.通过多点输入和时程分析法研究了某大跨度组合楼盖的人致振动反应,设计、研制了多组调谐质量阻尼器,并对该组合楼盖多个振动模态进行综合控制;实测了该大跨度组合楼盖在主体结构完成、整体结构完成2个阶段的动力特性;测试了阻尼器安装前、后组合楼盖在多种人群激励下的竖向加速度反应.研究结果表明:人群激励的类型和行走路线对楼盖振动反应影响显著;大跨度组合楼盖具有典型的模态密集特性,其在多种人群荷载激励下的竖向加速度反应较大;安装多组调谐质量阻尼器后,楼盖的人致振动反应显著降低且均满足人体舒适度的要求.      

运行列车引起基础—结构体系振动的三维数值分析

以ansys为计算平台,建立了列车—轨道—基础—结构的三维动力相互作用分析模型,分析了列车运行引起的环境振动问题及对周围结构的影响,结果表明:在软土情况下,列车引起的建筑物的竖向振动比较大；建筑物的振动也基本随车速的增大而在增大；轴重大的货车引起的振动响应比客车要大；改变建筑物的自身结构刚度特性对水平向加速度的改变较明...     

人行桥人致振动特性分析与控制

针对目前众多人行桥存在的人致振动问题,通过对人行激励作用机理的研究,利用高密度流动人群荷载模型,结合山西太古县某大跨人行桥工程设计实例,建立有限元分析模型进行瞬态时程响应分析,并对其人致振动时程响应结果进行舒适度评价,结果表明该大跨度人行桥中存在严重的人致振动问题,并证明设置TMD减振系统是控制人行桥振动响应的有效措施。     

侧向风荷载对人-车-路系统耦合振动的影响分析

采用谱解法模拟脉动风荷载场,根据风洞试验测得的车辆的空气动力参数,计算出作用在车辆侧面的风荷载;将风荷载加到人-车-路耦合振动系统方程中,建立起考虑其影响的系统耦合振动方程;采用人体加权竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价,并对模拟风速场及侧向风速大小对车辆乘坐舒适度的影响进行讨论.分析表明：静态风减小了人体、车辆振动加速度的最大值,但对其加速度均方根值没有影响;脉动风作用下人体振动加速度最大值略有变化,但均方根值却增大较多;侧向风荷载场对路面结构的振动几乎没有影响;平整路面下乘坐者出现不舒适感的临界风速为55m/s,A级不平整路面出现不舒适感的临界值为15m/s.     

机场跑道全波段不平整测试方法

结合车载式激光断面仪与全球导航卫星移动定位系统，提出了一种机场跑道全波段不平整测试方法；在济南遥墙国际机场进行了现场测试，采用重复试验与水准仪对该测试方法进行了可靠性验证；利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800虚拟样机模型，进行了实测跑道不平整数据下的飞机滑跑仿真，探究了不同检测方法、滑跑速度、飞机位置下实测道面数据特征对飞机振动响应的影响。研究结果表明:所提出的测试方法可获得道面全波段不平整数据，弥补了激光断面仪难以捕获14 m以上波长的缺陷；当速度为80 km·h-1时，全波段不平整道面下飞机振动响应波动幅值分别为长波不平整和短波不平整下的1.25~2.39倍和1.19~1.85倍，说明仅考虑道面长波或短波不平整将低估飞机在实际不平整条件下的振动响应；随着飞机滑跑速度的增大，全波段不平整与短波不平整条件下的飞机振动加速度差别逐渐增大，而动载系数差值则呈现先增大后减小的趋势，在速度为160 km·h-1时达到最大，说明飞机在高速滑行中道面长波不平整的影响更为明显；全波段不平整相比短波不平整条件下驾驶舱加速度增幅平均比重心处大0.062 m·s-2，前起落架动载系数增幅比主起落架平均大0.039，表明长波不平整对飞机前部振动的影响比重心处大，且随着滑行速度增大，这一差值先增大后减小，加速度的差值在80~120 km·h-1时最明显，峰值约为0.078 m·s-2，而动载系数的差值在160 km·h-1达到0.062的峰值。      

基于ABAQUS的深海采矿扬矿管纵向振动性能

为了研究复杂阶梯状扬矿管在采矿船升沉运动和海流作用下的纵向振动特性，利用连续弹性杆振动理论，对5 000 m长扬矿管纵向振动性能进行分析. 首先，根据达朗贝尔原理建立扬矿管纵向振动数学模型，采用分离变量法推导管道固有频率方程；然后，进行振型的质量归一化处理；最后，利用ABAQUS软件建立扬矿管有限元模型，对管道的纵向动态响应进行研究. 研究结果表明:扬矿管的一阶纵向共振频率处于矿区海浪能量集中的频带内，随着中间矿仓质量的增加扬矿管固有频率减小，中间矿仓质量对高阶固有频率的影响更加明显；随着海浪频率的增加，纵向振幅、轴向力和轴向应力先增大后减小，并在一阶固有频率时达到峰值，其峰值分别发生在扬矿管5 000、0、1 000 m处；随着采矿船升沉幅值的增加，扬矿管的动态响应逐渐增大，当升沉幅值大于1.5 m时，扬矿管动态响应的增长速度变缓；扬矿管发生一阶纵向共振时，振动位移和轴向力先增大后作等幅稳态振荡；随着海水深度的增加，沿管长方向的振动幅值逐渐增大，振动平衡位置发生下移，振动响应时间发生延迟，同时轴向力和轴向应力逐渐减小，且轴向应力在每两级阶梯管间急剧变大.      

信号交叉口行人二次过街下右转车通行能力与延误估计模型

在充分分析典型四相位交叉口行人二次过街设置前、后的行人流与右转车流冲突的前提下，以行人过街时间占有率和行人群到达分布作为分析指标，利用可插车间隙理论得出行人单向通行和双向通行条件下的右转车通行能力计算公式；根据行人流随机消散和集中消散的不同特征，应用随机分布理论推导出右转车穿越行人流的延误模型；并通过算例对比分析行人二次过街设置前、后右转车通行能力和延误的变化值。结果表明，除了在少数行人流量比较大的情况下， 行人二次过街的设置会小幅度减少右转车的延误；在其他大多数情况下，行人二次过街设置后， 右转车的通行能力将受到限制，延误增大，其中，平均通行能力降低了16.68%，平均延误时间增大 了21%，所以，当右转车交通需求较大时，需同时考虑行人和右转车的交通运行状态，优化设计是否采用行人二次过街，避免右转车超出极限忍耐时间而增大与行人冲突的概率。     

移动荷载下简支梁桥3种车桥耦合模型研究

依据振动理论和欧拉-贝努利梁假设,推导了简支梁在移动车轮加簧上质量模型、四分之一车模型和二分之一车模型3种不同车辆模型与桥梁系统竖向振动微分方程.采用模态叠加的离散化方法,将偏微分方程转化为变系数常微分方程,并将微分方程数值积分的Runge-kuntta方法引入到该时变系统的振动响应中来.结果表明,3种车辆模型都可以反映出移动荷载作用下车桥耦合振动的总体规律,但考虑车体刚度的影响更能体现车桥耦合振动的真实性.     

半开口和分离边箱开口断面主梁竖向涡振性能对比

为深入研究不同截面形式开口断面主梁的涡振性能及其发生机理，针对半开口和分离边箱开口断面2种主梁，进行了1∶50节段模型风洞试验，考虑等效质量、风攻角和阻尼比等因素的影响，计算了2种主梁断面的斯托罗哈数；基于线性和非线性理论，估算了实桥竖向涡振振幅；建立了二维数值模拟分析模型，验证了数值模拟方法的准确性，并对比了2种主梁断面周围的瞬时涡量和平均流线结构。分析结果表明:2种主梁在风攻角为3°和5°时均发生竖向涡振，且出现2个涡振区，第2个涡振区主梁竖向涡振最大振幅明显大，5°风攻角时2种主梁竖向涡振振幅比3°风攻角时大75%；风攻角为5°，阻尼比为0.8%时，分离边箱开口断面主梁竖向涡振最大振幅比开口断面大28%；随着Scruton数的增大，主梁竖向涡振的最大振幅接近线性减小，相同Scruton数工况下，5°风攻角时分离边箱开口断面主梁竖向涡振振幅最大，3°风攻角时半开口断面主梁振幅最小，说明正风攻角越大，主梁断面越钝，其涡振性能越差；5°风攻角时分离开口断面更钝，引起气流更大的分离，来流风在2种主梁断面的桥面上方和主梁开口处均形成漩涡，由于斜腹板和风嘴作用，主梁开口处尺寸较大的漩涡被打碎为几个尺寸接近的较小漩涡，优化了主梁的涡振性能。      

基于柔性多体动力学的地铁车辆半主动控制

为了对地铁车辆的运行性能实现更准确的评估和更有效的优化,借助有限元理论和子结构理论建立了车体和转向架构架等关键零部件的柔性动力学模型;基于天棚半主动控制算法和柔性多体动力学理论,建立了考虑半主动控制悬挂的地铁车辆刚柔耦合动力学模型;考虑轨道随机不平顺的影响,研究了半主动控制悬挂以及结构柔性对地铁车辆运行稳定性和乘坐舒适性的影响。研究结果表明:相对于传统的悬挂装置,天棚半主动控制极大降低了车辆的振动加速度,并使其变化趋势更加平缓,对车辆的低频振动有明显的抑制作用;采用本文的研究参数,天棚半主动控制在直线段可使车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度均方根(RMS)分别降低26.8%和7.5%,使车体横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低8.8%和4.9%,而在曲线段,天棚半主动控制可使车辆垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS分别降低25.1%和5.7%,使横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低15.6%和8.3%,车辆的乘坐舒适性和运行稳定性大幅提升;考虑结构柔性时,车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS相比于未考虑结构柔性时分别增大了4.3%和6.8%,横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别增大了3.0%和3.4%。可见,车体和构架的结构柔性对车辆的动态特性有较大影响,在对车辆运行稳定性和乘坐舒适性进行计算和评估时不可忽略。      

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行人动力学建模的关键是对行人运动方向和速度的选择进行描述.本文构建了基于多层有限状态自动机的行人Agent适应性决策模型;在此基础上,针对行人运动过程中快速决策的特征,通过构建基于认知启发式规则的行人运动行为规则集合,建立了描述行人微观运动行为的动力学模型.通过设计仿真实验并收集数据,对模型的有效性进行了验证.研究结果表明：模拟得到的行人交通流密度-速度关系与实测数据具有较好的一致性,流率-密度关系符合理论计算结果,基本图较好地符合实际观测的行人宏观交通流关系,认为本文提出的行人动力学模型具有交通上的合理性.     

基于刚柔耦合建模的某轻型货车振动特性仿真分析

以某轻型货车为研究对象,基于HyperMesh和ADAMS建立整车刚柔耦合模型,主要包括柔性体车身模型及前/后悬架、转向系等刚体的模型。基于路面激励的随机振动仿真分析,得到不同工况下车架放置货物处的加速度时间历程及功率谱图,计算出加权加速度均方根值。评价结果表明:所建的刚柔耦合整车模型正确,该型货车在正常行驶时的振动特性较理想,货物在运输过程中振动较小。     

考虑同伴群动态交流分组的行人仿真模型研究

朋友、家人等社会群体结伴出行的同伴群在行人流中常占有较高比例.由于交流需求,同伴群趋于肩并肩行走以横向成排或接近浅V型的形态前进.在现有研究中,基于社会力的同伴群行人微观仿真模型对这一现象的描述最符合实际.本文观测发现,随着人流密度的增加或同伴群成员数量增多,同伴群通常动态呈现前后分组、横向成排空间形态,这是每个同伴群成员为寻求一个合适的行走位置,对满足交流需求和降低前进阻力权衡决策后呈现的自组织现象.本文提出动态交流分组模型对同伴群成员个体决策机理进行刻画,在此基础上,通过仿真实验分析同伴群对行人流动力学特性产生的影响.仿真研究结果表明,模型较好重现了同伴群随密度和人数增加的动态分组现象;同伴群的存在会降低行人流速度,但其影响强度随人流密度的增加而减弱;同伴群动态交流分组模型的引入会提升仿真行人流的通行效率,使之更加接近真实行人流的运动特性.     

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

考虑SSI效应的输电塔-线体系风振响应简化分析

输电塔的分析设计通常按基础固支来处理,然而多数情况下地基并不是刚性的. 为了考虑弹性地基对输电塔风振响应的影响,建立了考虑土与结构相互作用（soil-structure interaction,SSI）的输电塔-线体系简化计算模型,并推导了风振响应动力方程. 基于提出的简化计算模型,选取工程中某特高压输电塔-线体系,编写MATLAB程序进行了结构系统的动力特性分析和风振响应时程分析,并选取了3种不同参数的地基土对输电塔的风振响应进行了对比分析. 研究结果表明:考虑SSI效应后,单塔的位移均方根值增大约20%,加速度均方根值减小约14%,基底剪力及基底弯矩最大值分别减小约7%、12%;考虑塔线耦联和SSI效应后,与仅考虑SSI效应的单塔相比,输电塔的位移响应有所增大,但加速度响应变化很小;随着地基土刚度减小,SSI效应的影响越明显,表明软土地基下输电塔的风振响应分析不能忽略SSI效应.      

非线性随机振动分析的概率密度演化方法

为深入探讨概率密度演化方法对于非线性随机振动分析的适用性,考察了随机地震动作用下一类硬弹簧Duffing振子的非线性响应,对概率密度演化方法与经典非线性随机振动分析进行了比较研究.结果表明:在弱非线性水平,概率密度演化方法与混沌多项式展开、Monte Carlo模拟的解答一致;在强非线性水平,数值求解误差、人为截断误差放大,概率密度演化方法与混沌多项式展开解答在Monte Carlo模拟解附近上下波动,表明概率密度演化方法与经典非线性随机振动解答在均方特征意义上是等价的.      

铁路货车车体线路动态响应仿真与验证

针对大系统仿真分析方法与试验结果出现偏差问题,基于实际线路测试数据,以车体子系统为仿真对象,辅助于模拟台架的试验数据,建立了26个自由度的多体仿真模型,实现了车体线路动态响应的仿真计算. 结果表明:摇枕垂、横向加速度响应结果仿真与试验RMS （root mean square）误差最大值为9%. 在1.5～15.0 Hz主要频率段,车体枕梁垂、横向振动加速度的试验结果和仿真结果的RMS误差低于8.57%,车体关键焊缝仿真与试验的动应力响应波形基本一致. 通过与试验结果的对比验证,仿真结果基本反映了车体在实际线路运行时的动态响应情况.