斜拉索轴向激励作用下的面内参数振动

对斜拉索在轴向基础激励条件下的振动进行了理论分析,并建立了拉索面内运动模型。基于哈密顿变分原理,求得了拉索的非线性运动方程。利用 Galerkin法,将方程解耦。并运用多尺度法,进行求解分析。以涪丰石高速乌江特大桥拉索 FDB19为例,利用龙格-库塔法,进行了数值分析;并运用MATLAB编程计算,分析了激励频率与拉索频率比为1∶1时发生的主共振以及激励频率与拉索频率比为2∶1时发生的参数振动,得到了拉索在主共振和参数振动时的位移时程曲线;分析了影响因素频率比、激励振幅、拉索阻尼比及索力对斜拉索主共振和参数振动的影响。所得结论为斜拉索的振动控制提供了依据。     

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.     

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.      

重庆万豪国际会展大厦风效应试验研究

重庆万豪国际会展大厦是高度达303m的超高层钢结构，其基阶频率仅0．1234Hz，为了准确确定风荷载及其风致响应，对其进行了风致安全性及舒适性评估．采用风洞模型试验方法，对场地大气边界层进行了模拟；通过测压模型风洞试验测量风压系数的分布，并计算静风荷载；用气动弹性模型测量风致响应，包括大厦顶部的位移响应、加速度响应和角速度响应，并计算动风荷载．此外，还讨论了周边环境建筑对其风效应的影响．研究表明，周边建筑环境对大厦的静力和动力风荷载均有较大影响，在设计风速范围内不会产生驰振现象，其顶部加速度和角速度均小于限值，舒适性满足规范要求．     

行车荷载作用下路面结构动位移响应分析

为研究行车荷载作用下路面结构动位移响应规律，基于弹性层状体系理论建立路面结构有限元模型，将车辆随机动荷载作用在有限元模型上，通过改变路面结构层厚度与模量，研究了路面结构测试区竖向动位移变化规律，建立了测试区动位移峰值与路面结构层参数的数学模型，进一步揭示了路面结构动态响应问题. 计算结果表明:路面结构测试区动位移峰值随土基模量的增大而减少；土基模量对测试区动位移峰值影响最为敏感，两者的数学模型近似呈对数关系，测试区动位移峰与面层厚度和基层厚度近似呈线性关系，与底基层厚度近似呈对数关系；不同的面层模量、基层模量和底基层模量对应的测试区动位移曲线几乎重合，因此不是影响测试区动位移的主要影响因素. 研究结果为路面承载力检测提供了依据.      

基于结构动力学的无砟轨道抗震设计参数研究

为了研究合理的轨道结构抗震设计参数，基于轨道结构动力学理论，建立考虑地震激励源的轨道动力学分析模型，计算地震激励引起的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构动力响应，进而研究轨道结构参数变化对各动力响应变量的影响规律，得出以下结论：典型地震波的频率基本处在0～10 Hz范围内，轨道结构的三向自振频率均大于10 Hz；地震作用下的轨道位移可能会超过规范限值要求，可通过将复合轨道板和底座相连接的方式加强轨道结构抗震；当扣件刚度或底座板弹性模量递增时，轨道结构动力响应指标均随之递增，因此在确保轨道参数合理匹配的前提下，适当降低扣件刚度、底座弹性模量有利于结构抗震设计；当扣件刚度或底座板弹性模量改变时，轨道板横向位移、底座板纵向应力、钢轨横向加速度显著变化，检算时需重点关注。研究成果可为轨道结构抗震设计、抗震评估、抗震加固措施提供借鉴。     

动水压力对连续刚构桥梁地震响应的影响

为了研究地震作用下深水薄壁空心桥墩内外域水体动水压力对连续刚构桥梁动力响应的影响,应用流固耦合有限元理论,考虑重力、纵向预应力和动水压力,建立了庙子坪岷江大桥连续刚构桥梁的计算模型,并采用实测的地震波进行计算.结果表明:动水压力对连续刚构桥梁自振频率和振型的影响不大,前30阶频率降低率最大值约为8％,箱梁各部分横向位移峰值增量在10％～20％之间,主墩内力峰值增量最大值约170％,箱梁内力峰值增量最大值约75％;地震加速度、桥墩入水深度是影响动水压力的重要因素.     

基于响应曲面法的异形桥梁动力特性影响因素分析

针对异形桥梁动力特性影响不明确的问题,研究了匝道半径、暗横梁厚度、箱梁截面高度和支座系数对异形梁动力特性的影响。首先,采用响应曲面法和Box-Behnken试验设计方法对4个影响参数进行试验设计;然后,建立试验组相对应的ANSYS有限元模型,提取一阶模态频率响应值,将频率结果代入到Design-Expert 10软件进行分析。结果表明:4种影响因素对异形桥一阶模态频率的影响作用极为显著,一阶模态频率与匝道半径和暗横梁厚度呈负相关关系,与支座系数和箱梁截面高度呈正相关关系;双因素交互作用显著性较弱;根据二次多项式回归分析结果得到异形桥一阶模态频率与4种影响因素的拟合公式,能够快速、准确地计算复杂结构的响应变量。     

波形腹板钢箱-混凝土箱梁桥的有限元模型修正

为了缩小波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥有限元值与实测值之间的偏差，提出了采用响应面法和Fmincon算法相结合的桥梁有限元模型修正方法. 以甘肃景中机场连接线的一座波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥为研究对象，首先对其进行静、动载试验，获得其弯曲振动频率、挠度及应变的实测值；其次分别采用实体和板壳模式的有限元建模获得该桥相应的弯曲振动频率、挠度及应变的计算值，通过与实测值对比分析后，选取较为精确的实体模式有限元模型作为修正的初始有限元模型；随后在合理选择设计参数的基础上，通过中心复合试验设计得到相应的结构响应，采用最小二乘法拟合得到结构响应和设计参数之间的二次多项式回归方程，并构造目标响应与相应响应实测值差值的目标函数；最后运用Fmincon算法对目标函数进行迭代计算，获得参数修正值及该桥的基准有限元模型. 研究结果表明:采用响应面法和Fmincon算法相结合的方法对波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥的有限元模型进行修正切实可行，具有修正过程简单、计算收敛速度快等特点，计算时间在0.25～0.75 s内，一阶弯曲振动频率相对误差由4.85%依据不同响应组合修正到1.62%～2.91%不等；通过对遗传算法和Fmincon算法的比较发现，Fmincon算法显著提高了模型修正效率，可为实际工程中该类桥梁的有限元建模分析及力学性能分析提供参考.      

预应力混凝土连续梁桥动力特性及影响因素分析

为了探明新建桥梁动载试验实测一阶频率与理论计算结果产生偏差的原因,以某预应力混凝土变截面连续梁成桥动载试验为背景,实测了在脉动荷载下桥梁的一阶频率和振型,建立了有限元模型,同时计算了桥梁一阶频率的理论值,并对二者进行了对比;分析了纵向普通钢筋、预应力钢筋、护栏、混凝土动弹性模量等4个因素对桥梁动力特性的影响。结果表明:一阶频率实测值为1.760 Hz,理论计算值为1.395 Hz,二者偏差约21%;在有限元模型中计入纵向普通钢筋、预应力钢筋、护栏和混凝土动弹性模量后,结构的一阶频率分别为1.416、1.413、1.384和1.634 Hz,综合考虑4个因素的一阶频率为1.684 Hz;4个因素中,混凝土动弹性模量对结构一阶频率影响最为显著,其它因素影响较小可不考虑。建议利用桥梁基频进行结构刚度评定时,应在有限元模型中计入混凝土动弹性模量,使其更为接近实际状态。     

考虑边界土体性质悬浮隧道地震响应分析

悬浮隧道地震响应研究是确保该新型交通结构物安全的重要内容,现有的研究往往忽视了驳岸结构的影响,将其简化为铰支、固支等简单约束形式。考虑了悬浮隧道驳岸结构周围岩土性质对其边界条件的影响,研究在横向地震作用下悬浮隧道的地震响应特性;采用大质量法,以Messina海峡悬浮隧道方案为基本模型,结合我国东部海域海床岩土性质,计算得到了地震作用下悬浮隧道管体位移、弯矩、扭矩和锚索索力,并对驳岸段长度Lsh和粘性土剪切模量G进行了参数分析。研究表明,悬浮隧道管体最大位移和弯矩出现于跨中、最大扭矩出现于两端、索力增量最大值出现于短索;弹性支撑有利于管体受力,但不利于锚索索力控制;驳岸段计算长度和粘土剪切模量的变化会对悬浮隧道地震响应特性带来显著影响,且影响规律较为复杂,可能与悬浮隧道结构动力特性、地震波的特性等相关参数具有耦合关系,需要进一步的研究探索。     

轮对柔性对直线电机车辆动态响应的影响分析

直线电机地铁车辆有内置和外置两种轴箱布置方式，针对这两种轴箱布置的直线电机地铁车辆，分别建立了考虑轮对柔性的直线电机地铁车辆-轨道耦合动力学模型. 模型中轮轴采用欧拉梁模拟，考虑轮对柔性变形对一系悬挂作用力、电机吊杆力以及轮轨空间动态相互作用的影响，对比分析了在轮轨不平顺激扰作用下，轴箱内置和外置直线电机地铁车辆轮对柔性响应特性及其对系统动态响应的影响. 研究结果表明:相比于刚性轮对模型，两种直线电机地铁车辆柔性轮对模型求解所得轮轨垂向力响应均存在77 Hz的主振频率峰值，对应于轮对的一阶弯曲模态频率；当考虑轮对柔性效应时，相比于轴箱外置直线电机地铁车辆，轴箱内置直线电机地铁车辆的轮轨垂向力更大，气隙更小.      

基于冲击响应谱的高速火箭橇滑轨路谱分析

为了评估高速火箭橇滑轨的平顺性,提出了一种基于轨道动态响应测量进行动态路谱分析的方法.该方法视火箭橇试验系统为橇轨耦合系统,以滑轨的动态响应作为火箭橇的基础激励条件,通过分析冲击响应谱获得滑轨的路谱特性.试验时选取火箭橇经过滑轨上该点时的加速度响应作为火箭橇的基础激励,得到火箭橇基础激励的加速度响应谱,再将加速度响应谱变换为位移响应谱,最后利用该点的火箭橇通过速度将位移响应谱变换为空间谱,即动态路谱.将该动态路谱作为高速火箭橇滑轨的输入进行实测分析,结果表明:谱密度值为10~10-4 mm2m,不平顺周期集中在0.01~2.50 m-1,采用动态路谱分析方法得到的滑轨不平顺特性与霍洛曼滑轨特性基本一致,可以作为高速火箭橇的随机激励条件.      

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.      

大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析

为研究大跨度斜拉桥地震激励下的平稳随机响应规律,以某大跨度斜拉桥为例,用ANSYS软件建立了三维有限元分析模型.考虑地震动的多维性、行波效应、部分相干效应及局部场地效应对主梁及主塔位移和内力随机响应的影响,用该模型分析了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的响应.研究结果表明:相对于一致激励,大跨度斜拉桥在多维多点激励下的结构响应显著增大,主梁的纵向位移增大了约2.3倍,①号塔顶的纵向位移和塔底横向弯矩分别增大了约2.2和2.3倍;仅考虑一致地震激励不能保证大跨度斜拉桥的结构安全;考虑行波效应时斜拉桥的地震响应减小,相干效应较小可忽略,软场地条件下结构的地震响应更大.      

翼吊发动机转子系统在大气紊流下的响应分析

针对翼吊发动机高空工作时受大气紊流影响这一现象,基于机翼气动弹性力学和转子动力学理论, 采用Dryden紊流模型作为大气速度模型,建立了翼吊发动机转子系统在大气紊流下的动力学模型,运用虚拟激励法对模型进行数值计算.结果表明:转子系统中各转盘站的位移响应功率谱密度变化趋势与大气紊流速度功率谱密度变化趋势基本相似,但在固有频率处会出现位移响应强度峰值;当角频率大于100 rad/s时,大气紊流引起的位移响应强度随着角频率的增大而减小,并且不可忽视转子系统本身特性对位移响应强度的影响.      

塔式起重机结构系统动态优化设计

为提高塔式起重机的动态性能，建立了以动刚度为优化目标的塔机结构系统动态优化数学模型．通过模态分析及简谐振动响应分析确定影响塔机动态性能的关键模态频率，并以此作为优化目标，对主要结构参数进行灵敏度分析，以确定塔机动态优化的设计变量．以塔机结构系统质量、静强度、静刚度、动态位移响应幅值等为约束条件．实例分析表明，采用这种动态优化方法，动位移幅值降低59．5％，结构质量减少11．2％．     

声屏障结构的列车脉动风致振动分析

在考虑桩-土-结构共同作用的基础上,用ANSYS软件对插板式声屏障结构的脉动风致振动响应进行了数值计算,分析了列车车型、运行速度、声屏障结构高度和长度对结构动力特性的影响,为高速铁路声屏障结构的设计提供了合理参数.结果表明:CRH2型列车比CRH3型列车通过时声屏障结构垂直构件的位移增大18.6%,弯矩增大8.5%;垂直构件的位移、弯矩随列车运行速度和结构高度增大呈非线性关系明显增大;随声屏障结构长度增大,垂直构件的位移和弯矩增大,但长度超过120 m以后减小,并逐渐趋于稳定值.     

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

采用加速度输入等效风力发电机组塔筒实测响应方法研究

通过对单自由体系的分析,得到风荷载激励和从基底输入的加速度之间的关系。通过对风力发电塔的模态分析,得到简化为广义单自由体系的广义质量和广义刚度,求得风力发电塔塔顶位移的时程曲线,采用Savitzky-Golay平滑算法和差分法求得顶点的加速度和速度时程,以此求得合成后的等效加速度。对直接合成后的等效加速度进行傅里叶变换,采用低通滤波器剔除高频分量,进行傅里叶逆变化后得到最终等效加速度。有限元分析结果表明,在此等效加速度下的结构响应和已知响应吻合一致,从而为风力发电塔的减振试验在振动台上完成成为可能。