基于模态分析技术的结构动应力研究

将结构固有动力特性和外部环境激励(确定性荷载及环境随机因素)联系在一起,运用实验模态分析技术和结构强度理论,分离出实际工作环境下结构的主导模态及其模态参与因子,从而将一静动耦合力作用下的空间复杂应力状态问题转化为各阶模态相互作用下的简单应力状态(模态形态下)问题进行结构动强度分析,对损伤结构在各阶模态对应动应力和静载相互作用下的破坏形式及其规律做合理的解释.通过带损伤的简支梁模型进行数值模拟计算及破坏试验以研究结构破坏的规律等问题.     

小车架为弹性结构时门式起重机的动态特性研究

根据集装箱门式起重机小车轨距大的特点,建立了小车架为弹性结构时门式起重机的3个质量3个自由度串联弹性动力学系统振动模型,用模态分析法获得系统动态特性的数值精确解,并以实例计算结果与传统的双质量系统进行了比较,得到了小车架、桥梁结构和绳滑轮系统3者不同的动载系数值。     

多模式交通网络路径动态调整模型

既有路径调整模型的研究载体是单模式网络,不能够刻画现实中多模式网络上 出行者的路径调整行为.为此,本文提出采用比例延拓与绝对延拓两种方法来描述多模式 网络中用户对不同出行方式的费用感知特性,并据此建立了多模式网络条件下的用户路 径动态调整模型（Multi-modal Route-Swapping Dynamics, 简称 MRSD）.研究发现：（1） MRSD 能避免过度调整行为,并能维持解集不变性;（2）MRSD 的稳定路径流模式与多模 式网络用户均衡等价,且在其稳定状态,模式内部所有被使用的路径具有相同且最小的 实际费用,模式之间所有被使用的路径之间存在（符合比例延拓或绝对延拓的）费用感知 壁垒;（3）MRSD 的所有解有界且收敛于多模式网络用户均衡.     

32m铁路加强型便梁动力性能的有限元分析

建立了32m铁路加强型便梁有限元模型,分析了模型的自振频率和模态;提出了列车动荷载的施加方式;借助ANSYS软件瞬态动力学分析模块,计算得到了便梁模型在列车动荷载作用下的动力响应。结果表明:设计中应着重提高便梁横向刚度,竖向最大位移响应满足规范要求。     

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%.      

圆拱结构平面外稳定分析方法

为研究圆拱结构的平面外稳定问题,根据其与圆曲梁变形的相关性,首先考虑二阶弯矩效应建立了圆曲梁平衡方程,结合圆曲梁几何方程和物理方程,推导了考虑大位移的自由扭转圆曲梁的挠度控制方程和扭转角控制方程,分别给出了圆曲梁的挠度和扭转角的解析解一般格式及相应简化格式,同时获得了圆曲梁变形和内力表达式;在此基础上,提出了圆拱结构平面外分岔失稳和极值点失稳的分析方法;计算了4种圆拱结构的平面外分岔失稳临界荷载系数及失稳模态,并与文献模型作对比分析;根据4种圆拱结构的荷载-位移曲线进行了极值点失稳分析. 研究结果表明:采用本文模型计算的两端铰支圆拱平面外分岔失稳临界荷载系数与文献模型结果相差为0,而且可以得到工程中常用但鲜有人研究的跨中单铰拱及两端插支拱的平面外分岔失稳临界荷载;各类圆拱在面内均布径向荷载作用下的平面外分岔失稳模态均为单波对称;圆拱径向荷载的存在不改变圆拱面外荷载位移曲线的线性特征,却降低了面外抗弯刚度,当径向荷载达到某一值时,面外抗弯刚度为0,则发生面外失稳.      

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％．     

独柱双层高架桥墩柱振动台试验研究-Ⅰ:结构动力特性

对独柱双层高架桥墩模型进行了振动台试验,测试和分析了结构水平向动力特性,结果表明:独柱双层高架桥在纵向和横向的对应阶振型形状相似、振型顺序相同;仅取基本振型不足以表征结构主要动力特性;结构高阶振型频率对墩身中上部集中质量的变化较为敏感;墩柱截面开裂会明显降低结构自振频率、增大振型阻尼比,但对结构振型形状和振型顺序影响不大;在偏低的激励强度和振型幅值条件下进行动力特性测试,结构经历强震后的真实损伤状况无法得到准确反映。     

跨座式列车与预应力混凝土轨道梁动力特性分析

为研究跨座式单轨列车与预应力混凝土轨道梁的动力特性,建立了列车-轨道梁空间耦合振动模型.车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁用模态综合法建立其运动微分方程.计算了不同车速下车辆和轨道梁的动力响应.结果表明:车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大;在计算车速下,轨道梁具有良好的动力特性,列车能安全舒适地通过此轨道梁.     

基于数值模型和解析模型的钢轨波导特性分析

钢轨振动由沿钢轨传递的各类导波构成,是铁路滚动噪声的主要贡献者. 为了研究铁路轨道的动力特性,分别基于铁木辛柯梁理论和波导有限元法建立了两种分析模型,推导自由波响应和受迫响应的求解过程,以波数、群速度、速度导纳和衰减率为指标,分析了两种模型条件下钢轨的波导特性. 研究结果表明:波导有限元模型包含了钢轨横截面所有的变形特征,可表征6 kHz内钢轨中的8种导波及其特性,反映导波波型交换、群速度互换的现象,以及高阶导波激发引起的导纳峰值;铁木辛柯梁模型可识别包括弯曲波、扭转波和纵波在内的5种钢轨导波,无法揭示截止频率在1.5 kHz以上与钢轨截面变形相关的导波;铁木辛柯梁模型可给出2 kHz内合理的钢轨垂向原点速度导纳计算结果.      

基于环境激励的预应力混凝土梁桥模态试验

介绍一种相对简单而实用的基于环境激励的预应力混凝土梁桥模态测试分析方法,该方法仅用于结构的动态响应信号作频谱分析即可获得模态频率、振型、阻尼等主要模态参数,处理速度快,并且结果直观可靠。通过对尖山大桥的实桥测试,测试结果表明该方法应用于工程实际是完全可行的。     

箱梁的空间振动分析探讨

本文采用三角形板单元对箱梁分段建立运动微分方程,解出模态,对整体结构动态综合时进行了缩阶,求出结构的低频模态。在Zienkiewicz处理单元刚度矩阵奇异问题方法的基础上,提出采用假设板单元面内转动质量系数的方法处理质量矩阵的奇异问题。本文还用坐标总集推导了总装方程,结果表明,所作近似与各分段模态间之正交性等价。算例表明:对板单元刚度、质量矩阵奇异性问题在不计结点之面内转动自由度时之处理方法将是可行的。有限元法与动态子结构法结合(简称FEDS)对箱梁进行动态分析是有效的。     

交通事件和干预作用影响下的高速公路车流波分析

运用流体力学车流波理论,分析了交通事件和干预措施综合作用下对车流状态的影响,建立了基于车速———交通密度一般模型下的车流波波速模型、干预作用产生的干预波和交通事件影响产生的集结波、启动波、消散波相互作用产生的车流波位置和对应时刻模型以及分流干预措施解除时刻模型.这些模型或关键参数的确定,为有效确定事件处理方案,尽快消除拥挤或阻塞提供了理论依据.     

交通事件和干预作用影响下的高速公路车流波分析

运用流体力学车流波理论,分析了交通事件和干预措施综合作用下对车流状态的影响,建立了基于车速———交通密度一般模型下的车流波波速模型、干预作用产生的干预波和交通事件影响产生的集结波、启动波、消散波相互作用产生的车流波位置和对应时刻模型以及分流干预措施解除时刻模型.这些模型或关键参数的确定,为有效确定事件处理方案,尽快消除拥挤或阻塞提供了理论依据.     

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。      

Identification of hydrodynamic forces on a flexible pipe near plane boundary subjected to vortex-induced vibrations

Formally,use of system identification techniques to estimate the forces acting on the beam may give information on hydrodynamic forces due to vortex-induced vibrations(VIVs),but no results from such attempts for submarine pipeline spans have been reported.In this study,a pipe model with a mass ratio(mass/displaced mass) of 2.62 is tested in a current tank.The gap ratios(gap to pipe diameter ratio) at the pipe ends are 2.0,4.0, 6.0 and 8.0.The response of the model is measured using optical fiber strain gauges.A modal approach linked to a finite element method is used to estimate the hydrodynamic forces from measurement.The hydrodynamic force at the dominant response frequency is the major concern,and the lift force and added mass coefficients are calculated.Response calculations are performed using force coefficients from the inverse force analysis and the calculated results are in accordance with the experimental data.     

高挡墙结构的爆破地震波响应仿真分析

通过大量爆破地震波数据的采集、研究和分析,建立了相应的爆破地震模拟震荡信号模型;作为模拟爆破地表震波的信号源,对于高挡墙建筑物进行了爆破地震波激励的动态响应的系列分析;采用瞬态动力学分析技术,确定了结构的动力响应,得到结构物的控制极限震速,为爆破地震监控提供了必要的技术参数。     

接触导线弯曲时接触网模态分析与频率相关的有限单元法

本文在考虑接触导线弯曲刚度的前提下，发展了德国联邦铁路公司（ＤＢ）所采用的接触网模态分析方法，并对接触导线的柔索体模型与欧拉梁模型的计算结果进行了比较。在此基础上，作者开发了高速弓网系统动力学仿真软件Ｓｉｍｕｌａ２．０。     

红外热像仪微扫组件的模态分析

研究红外热像仪的集成式压电驱动两自由度微扫组件的动力学特性,使用基于理论分析和实验测试柔性铰链机构的两种方法,根据拉格朗日方程建立微扫组件的运动微分方程,推导出系统固有频率的解析式.采用有限元分析方法对微扫组件进行仿真分析,得到微扫组件有效工作的谐振频率和振型,并对微扫组件的模态频率进行了实验测试,对有限元计算的结果与实验结果的一致性进行对比分析.结果表明,其理论分析正确,数值分析可靠.     

Dynamic response of warship structure under air non-contact explosion

The ship hull is simplified as a free beam with varying sections. Based on hydroelasticity and explosion mechanics theory,mechanical model and kinetic equation for hull girder vibration under non-contact explosion are established. The equation is solved by Wilson-θ algorithm. On the basis of the above principles,a structure kinetics analysis program is compiled. The dynamic response of supposed warship under air explosion is calculated conveniently and quickly. Under the explosion condition designed in the paper,the positive pressure period of non-contact explosion wave is much less than the natural periods of the first four modes of hull girder and the resonance of ship girder overall vibration can be avoided. The ratio of midship maximum moment to ultimate bearing strength under non-contact explosion accelerates with the increment of impact factor.