Parametric vibration and vibration reduction of cables in cable-stayed space latticed structure

Mechanical model and vibration equation of a cable in cable-stayed sparse latticed structure (CSLS) under external axial excitation were founded. Determination of the mass lumps and natural frequencies supplied by the space latticed structure (SLS) was analyzed. Multiple scales method (MSM) was introduced to analyze the characteristics of cable's parametric vibration, and the precise time-integration method (PTIM) was used to solve vibration equation. The vibration behavior of a cable is closely relative to the frequency ratio of the cable and SLS. The cable's parametric vibration caused by the external axial excitation easily occurs if the frequency ratio of the cable and SLS is in a certain range, and the cable's vibration amplitude varies greatly even if the initial disturbance supplied by SLS changes a little. Furthermore, the mechanical model and vibration equation of the composite cable system consisting of main cables and assistant cables were studied. The parametric analysis such as the pre-tension level and arrangement of the assistant cables was carried out. Due to the assistant cables, the single-cable vibration mode can be transferred to the global vibration mode, and the stiffness and damping of the cable system are enhanced. The natural frequencies of the composite cable system with the curve line arrangement of assistant cables are higher than those with the straight-line arrangement and the former is more effective than the latter on the cable's vibration suppression.     

用于柔索振动控制的索型动态吸振器

研究一类用于控制柔索在谐波激励下的主模态振动的索型动态吸振器．控制索（动态吸振索）与被控索（主索）具有相同的边界条件，并用均匀分布的线性弹簧和阻尼器与主索相联结．因为在相同边界条件下，主索和吸振索具有相同的特征函数，所以在主索的模态坐标下，系统的运动方程等同于具有两质量块的二自由度系统的运动方程．     

斜拉索非线性振动的奇异摄动解法

为解决目前斜拉索振动计算的困难，建立了考虑垂度和斜度的斜拉索振动微分方程．用微分方程的奇异摄动解法，导出了频率和振型函数的解析计算式，从而可广泛用于斜拉索的参数识别、索力测试和修正等．数值计算结果表明，用奇异摄动解法导出的公式计算简便，计算误差在0．5％以内．     

机车传动系统扭转与轮对纵向耦合振动稳定性

为研究机车打滑时传动系统扭转与轮对纵向耦合运动作用下传动系统的稳定性,建立了机车单轮对传动系统动力学模型,考虑了轮对回转与纵向振动自由度,对非线性系统微分方程在平衡点附近线性化,并根据线性化系统在状态空间中的特征值判断系统的稳定性,绘制了振动系统临界稳定曲线.分析结果表明:由于轮轨粘着系数的负斜率,传动系统的扭转振动与轮对的纵向振动为不稳定的自激振动,两者与轮对运行速度和轴重有关,速度越大,轴重越小,振动越稳定,因此,传动系统的扭转与轮对的纵向阻尼能很好抑制这种自激振动.     

桥梁结构随机振动分析

桥梁结构的随机振动有别于其他结构。由于车辆在桥上的位置是不断变化的,因此,即使作为输入的随机激励是平稳随机过程,车桥的动力响应也超出平稳随机过程的范围,即质量在梁上不断的运动,使系统运动方程组成为一个时变系数的二阶微分方程组,一般只能采用逐步积分的数值方法,也可以用频域法,假定其频率响应函数在瞬间不随时间变化,近似的处理这种时变性问题。     

列车荷载作用下矮塔斜拉桥索梁振动的相关性

为探讨不同列车速度下矮塔斜拉桥斜拉索振动与桥梁整体振动之间的相关性,基于列车-线路-桥梁耦合振动理论与动力学模型,以某主跨115 m+95 m的铁路矮塔斜拉桥为工程背景,考虑斜拉索与桥梁整体结构之间的相互作用,通过数值积分得到梁体、桥塔振动响应以及斜拉索局部振动响应.结果表明:列车荷载作用下索梁振动相关性问题实质上是一个能量传递过程,当拉索端点位移激励频率与其自振频率接近时,能量易于在索梁间传递;当列车以225~350 km/h的设计时速通过桥梁、列车荷载的激励频率与斜拉索自振频率接近时,斜拉索在外激励作用下会产生共振,但共振幅值不大(斜拉索局部振动幅值小于3 mm).      

基于MATLAB的公路桥梁车桥耦合数值计算方法

应用达朗贝尔原理推导了两自由度车辆和桥梁的振动平衡方程,提出用龙格-库塔法和NEWMARK法来求解车桥耦合振动问题。针对NEWMARK法提出了求解分离的车辆和桥梁运动方程组的分析策略:在每一个时间步长内进行迭代计算并将桥梁的振动平稳状态作为收敛条件。利用MATLAB结合两种数值计算原理分别编制了车桥耦合计算程序。算例分析表明:两种方法的计算精度都较高;采用NEWMARK法求解时,在每个时间步内迭代计算至桥梁振动平稳状态是有意义的。     

斜拉桥拉索风-雨致振动(Ⅱ):参数研究

为探讨斜拉桥拉索风-雨致振动的影响因素,基于修正驰振模型,利用空间模型测试的气动力系数,对斜拉桥拉索风-雨致振动的气动力参数、运动参数和结构参数进行了研究.气动力参数包括水路形状、风向角和索径等,运动参数有索的初始状态、水路运动等,结构参数为索的频率、阻尼和质量.研究表明,气动力参数和运动参数将影响拉索风-雨致振动的最大振幅响应,改变发生风-雨致振动的风速范围.     

广东金马大桥空间耦合自由振动分析的理论研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响,建立了斜拉桥与T构协作体系空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了协作体系斜拉桥的加劲主梁的纵向振动、竖向挠曲振动、横向挠曲振动、扭转振动及加劲主塔的纵向振动及扭转振动的基础微分方程,并以数值计算验证推导的有效性.     

The Coupling Effect of Spatial Reticulated Shell Structure with Cables

The spatial reticulated shell structure with cables (RSC) is a kind of coupling working system, which consists of flexible cables, reticulated shell structure (RS) and tower columns. The dynamic analysis of RSC based on the coupling model was carried out. Three kinds of elements such as the spatial bar element, cable element and beam element were introduced to analyze the reticulated shell, cable and tower column respectively. Furthermore,such parameter influences as structural boundary conditions, grid configuration, the span-to-depth ratio and the arrangement of cable system upon structural dynamics were analyzed. The structural vibration modes can be divided into four groups based on some numerical examples. And the frequencies in the same group are very close while the frequencies in different groups are different from each other obviously. It is clear that the sequence of the appearance of the each mode group heavily depends on the comparative stiffness of the tower column system, RS and cables.     

外激励作用下斜拉桥索-梁相关振动特性

为了研究大跨度斜拉桥在外激励作用下发生的索-梁相关振动,基于非线性振动理论建立了拉索发生大幅度非线性振动的理论方程,开发了有限元索动力单元;建立了某大跨度斜拉桥全桥有限元模型,在此基础上,使用索动力单元模拟斜拉索;最后,以一座具有代表性的大跨度公路斜拉桥为例,研究了在不同工况的外激励作用下斜拉桥发生索-梁相关振动的特性.研究结果表明:在斜拉桥全桥尺度下研究索-梁相关振动更为合理;斜拉桥的索-梁相关振动是一个能量传递过程;在外激励作用下,拉索 1:1 主共振更容易发生,2:1 参数共振相对不容易发生;靠近桥塔位置的较短拉索不容易发生较大幅度的振动.      

粘弹性地基上考虑耦合效应四边自由矩形薄板的非线性自由振动分析

基于Hamilton能量变分原理和薄板的基本假设,考虑地基阻尼的影响,建立了双参数粘弹性地基上考虑耦合效应的四边自由矩形薄板的非线性自由振动方程以及板域外的控制方程.应用瑞利-里兹法及循环迭代对方程进行求解,探讨了地基阻尼、地基弹性模量以及板的结构参数对双参数粘弹性地基上四边自由矩形薄板的非线性自由振动特性的影响,得出...     

铁路提篮拱桥车桥耦合振动分析

采用车桥耦合振动理论，分别建立了铁路车辆和提篮拱桥的动力模型及其运动方程．将车辆和提篮拱桥分为2个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统，采用迭代法求解这2个子系统．用自编的车桥耦合振动软件对提篮拱桥的车桥耦合振动进行了分析，并对桥梁的横向与竖向位移、动力放大系数、车辆脱轨系数和轮重减轻率进行了评价，在所讨论的工况下，均满足我国相关规程的要求．     

外激励作用下亚音速二维粘弹性壁板系统的混沌运动

为了研究壁板在亚音速气流和外激扰联合作用下的非线性运动特性,基于Hamilton原理,建立了外激励作用下亚音速粘弹性壁板的非线性运动方程,并采用Galerkin方法将其离散为常微分方程组,研究了系统的平衡点及其稳定性.利用Melnikov方法得到了壁板出现混沌运动时系统参数所满足的临界条件,分析了外激励幅值、频率及气流来流速度之间的临界关系,并与系统混沌运动的数值模拟结果进行了对比.结果表明:当无量纲动压值超过64.42时,壁板系统平衡点的个数及其稳定性均会发生改变;使用Melnikov方法确定的混沌运动临界参数与数值模拟结果相符,该方法可用于判定混沌运动是否发生.      

Rain-Wind Induced Vibration Mitigation of Stay Cables by Aerodynamic Means

Stay cables with various surface profiles were tested in wind tunnel.Dimples and helical fillets were applied to mitigate the rain-wind induced vibration.The rain-wind excited responses of the cable with smooth surface were larger than those of the cables with dimples and helical fillets.At high Reynolds number,the drag coefficients of cables with dimples and helical fillets are much larger than those of smooth surface cable.     

内燃机曲轴的弯扭耦合非线性振动分析

以内燃机曲轴单位曲柄为研究对象,着重考虑刚度不对称和质量偏心的影响,建立了系统的非线性运动微分方程,利用数值方法对曲轴的非线性动力学特性进行了仿真.结果表明:随着质量偏心的增加,弯扭耦合区的范围增大,系统运动由周期运动变为概周期运动;随着刚度不对称系数的增加,系统出现环面倍化分岔,并转变为混沌运动;随着扭转刚度的增加,系统的运动趋于稳定.     

碰撞振动系统动力学分析

针对混沌线谱控制研究中如何在小振幅下实现隔振系统在较宽频带内的混沌运动这一难题,通过在线性隔振系统中附加碰撞子系统,提出了基于碰撞振动的隔振系统混沌化方法,并对碰撞振动系统进行了分岔分析和振动特性分析,得到系统在不同参数条件下的运动规律.结果表明利用所设计的子系统,可以实现小幅值范围的混沌运动.     

小西湖矮塔斜拉桥的动力性能分析

以小西湖矮塔斜拉桥为例,通过引入拉索自振频率影响度的概念,分析了拉索的存在对矮塔斜拉桥自振特性的影响,探讨了矮塔斜拉桥的自振特性与相应连续梁桥(或刚构桥)的区别;在分析矮塔斜拉桥地震反应的基础上,通过引入振型贡献率的概念,分析了高阶振型对矮塔斜拉桥动力性能的影响;分析了矮塔斜拉桥的振型耦联效应.最后较全面地总结了单索面混凝土矮塔斜拉桥的动力特性,对进一步认识矮塔斜拉桥的动力性能有一定的参考意义.     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

非线性随机振动的加权线性化方法

本文针对一般统计线性化方法的残差最小化未涉及响应及其极值分步的不足，从响应量加权的原理出发，给出了非线性随机振动系统的一种加权线性化列式，从中可以导出几种具有相当精度的加权线性化方法。对几个典型的单自由度非线性随机振动系统进行了均方响应分析，结果表明，本文所建议的加权列式更接近于精确解，是一种更有效的计算方法。