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%.      

某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

以某跨海大桥为例,采用有限元软件MIDAS建立三维空间有限元模型,考虑桩-土效应,研究在地震荷载作用下,阻尼器的阻尼比与阻尼指数之间的关系。根据能量等效原理,推导出非 线性阻尼器最优阻尼系数,提出一种阻尼器参数优化的新方法。研究发现：当桥梁设置线性黏滞阻尼器时,体系的最优阻尼比近似等于0.5,与不设置黏滞阻尼器且阻尼比为0.05 时的耗能能力近似相等;当阻尼器为非线性时,随着阻尼指数的增大,最优阻尼系数逐渐减小,结构位移逐渐增大;非线性阻尼器的减震效果优于线性阻尼器。这种阻尼器参数优化的新方法不仅可以大大减少计算时间,而且可以直接得到最优阻尼系数和最优阻尼比。     

大跨斜拉桥黏滞阻尼器减震效果分析

以一座主跨360 m的双塔斜拉桥为例,采用有限元分析软件建立全桥三维离散有限元模型,在地震作用下,比较了全桥设置黏滞阻尼器和不设置阻尼器两种情况下的纵向梁体位移与桥塔受力状况。计算分析结果表明:通过设置纵向黏滞阻尼器,可大幅降低桥塔底部纵向弯矩,同时地震作用下的梁体纵向位移也大幅度降低,黏滞阻尼器对斜拉桥桥塔抗震性能提升明显,建议在每个桥塔上设置黏滞阻尼器以提高结构的抗震性能。     

自锚式悬索桥纵向地震响应控制分析

以某双塔自锚式悬索桥为例,通过在桥塔与主梁之间设置液体黏滞阻尼器,把地震作用下桥梁纵向的位移和内力控制在一个合理的范围内。通过改变阻尼参数C和α,对此桥纵向的地震位移和内力的变化情况进行了规律总结。比较发现,当阻尼系数C越大或阻尼指数α越小时,此桥纵向的地震位移和内力反应就越小。其中C取3500左右,α取0．3时,塔底地震弯矩降幅达40％左右,主梁地震位移降幅达50％左右。     

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．     

关于三跨简支悬索桥振动频率方程的讨论

笔者对文 [3]中的三跨简支悬索桥振动频率方程进行了详细推演 ,并对其中的几处笔误予以更正 ,可供读者参考     

三线合一、三塔悬索桥风-车-桥耦合振动性能对比

以某三线合一、三塔悬索桥的2种设计方案(钢箱桁和钢桁方案)为工程背景, 通过车桥系统节段模型风洞试验, 测试了车辆和桥梁的三分力系数, 并基于风-车-桥系统空间耦合动力学模型, 采用自主研发的桥梁分析软件BANSYS, 对比分析了该桥的结构动力特性与风-车-桥耦合振动性能。分析结果表明: 三线合一、三塔悬索桥结构自振频率较低; 车辆气动力受轨道位置的影响较大, 钢桁方案迎风侧车辆阻力系数约为钢箱桁方案的2.2倍; 当风速为0时, 桥梁、车辆的动力响应总体上是随车速的增大而增大, 在同一车速下, 钢桁方案的桥梁位移较钢箱桁方案大, 主要是由于钢桁方案的桥梁整体刚度略弱于钢箱桁方案; 当考虑风速影响时, 桥梁的横向响应随风速的增大而显著增大; 车辆位于迎风侧, 风速为25m·s^-1时, 钢箱桁方案和钢桁方案的桥梁横向位移约分别为风速为15m·s^-1时的位移的2.4倍和3.8倍, 横风对桥梁的横向响应起主导作用; 同一风速时钢桁方案的桥梁响应总体上较钢箱桁方案大; 同一方案时车辆响应随风速的增大而增大, 当风速达到25m·s^-1时, 车辆动力响应显著增加, 相比15m·s^-1时最大增加幅度为71.6%。     

磁流变阻尼器参数对座椅悬架系统减振效果的影响

应用Bingham本构力学模型, 得到了磁流变阻尼器(MRD) 的结构尺寸参数(缸体内径、活塞直径、活塞杆直径、活塞有效长度)、线圈匝数和磁流变液表观黏度与输出阻尼力的关系, 利用力学模型分析了MRD的6个参数对输出阻尼力和动态范围的影响; 建立了基于MRD的半主动座椅悬架系统模型, 以驾驶人加速度和座椅软垫动行程的均方根作为减振效果的评价指标, 采用百分比斜率均方根评价MRD参数的影响程度; 结合Bingham本构力学逆模型, 分析了MRD的6个参数对减振效果的影响及MRD磨损对减振效果的影响。分析结果表明: 活塞直径对驾驶人加速度和座椅软垫动行程的影响因子分别为4.83、5.46, 缸体内径的影响因子分别为4.45、4.75, 线圈匝数的影响因子分别为0.61、0.67, 活塞杆直径的影响因子分别为0.53、0.59, 活塞有效长度的影响因子分别为0.51与0.56, 因此, 活塞直径对减振效果的影响最大, 其次为缸体内径, 随后依次为线圈匝数、活塞杆直径与活塞有效长度, 而磁流变液表观黏度对减振效果几乎没有影响; 为了获得较好的减振效果, 应使MRD的最大输出阻尼力与动态范围足够大。     

苏通大桥超长斜拉索主动式外置阻尼器

苏通大桥地处长江入海口,其跨径为1088m,由于受季风等气候条件的影响,使得斜拉索振动成为一个必须解决的工程难题,通过在斜拉索锚固端附近横向安装机械阻尼器以起到减振效果。文章主要介绍了斜拉索减振阻尼器的结构及减振机理。     

自锚式悬索桥主缆线形计算方法

以长沙市三汉矶湘江大桥为工程背景,对自锚式悬索桥的主缆线形及无应力长度的计算方法进行了研究,推导出两种基于不同假定下的主缆线形及无应力索长的计算方法：假定主缆自重沿跨径均布的抛物线法和假定主缆自重沿弧长均布的分段悬链线法。结果发现：抛物线法比较简单,但计算结果比较粗略;分段悬链线法考虑因素比较全面,计算相对复杂,但结果比较精确;对于空缆线形竖向坐标值两种方法的误差为0．739％,无应力索长计算两种方法的误差仅为0．31％。结果表明：抛物线法和分段悬链线法均可应用于自锚式悬索桥的主缆线形计算。     

横向互联空气悬架多智能体减振器系统博弈控制

为进一步改善横向互联空气悬架车辆的行驶平顺性和操纵稳定性, 基于多智能体理论和合作博弈Shapley值原理构建多智能体减振器控制系统; 多智能体减振器控制系统由信息发布智能体、平顺性智能体、操稳性智能体和博弈协调智能体组成, 其中信息发布智能体从环境中获取车辆状态信息, 根据下层智能体的信息需求传递信息, 平顺性智能体接收悬架动行程及其变化率信息, 根据平顺性控制要求, 输出自身的阻尼系数意图, 操稳性智能体接收当前互联状态信息触发对应的推理模块, 根据车身侧倾角信息求解需求的阻尼系数, 其中推理模块是通过对遗传算法优化出的阻尼系数进行模糊神经网络自学习形成的, 博弈协调智能体接收平顺性智能体与操稳性智能体的阻尼意图, 根据自身的合作博弈规则, 对阻尼意图进行修正, 输出全局最优阻尼系数; 在不同互联状态、不同激励条件下进行空气悬架静、动态特性试验研究, 并将试验结果与仿真结果进行对比, 验证仿真模型的准确性; 在混合工况下, 利用整车仿真模型验证多智能体减振器控制系统的可行性和有效性。研究结果表明: 和传统减振器阻尼控制系统相比, 多智能体减振器控制系统能有效地使簧载质量加速度均方根值降低14.95%, 悬架动行程均方根值降低10.64%, 车身侧倾角均方根值降低12.33%。提出的多智能体减振器控制系统改善了车辆行驶平顺性和乘坐舒适性, 并且能够抑制车身的侧倾, 提高整车的操纵稳定性。     

大跨钢桁架悬索桥有限元模型实用修正方法

以沪蓉国道四渡河深切峡谷特大钢桁架悬索桥为工程背景, 综合考虑悬索桥结构非线性与重力刚度因素影响, 采用ANSYS的APDL语言编写桥梁模型修正优化程序, 实现了有限元分析和模型修正的同步计算。通过对比不同的优化算法、不同的目标函数与不同的约束条件对模型修正效果的影响程度, 并结合实测吊杆力数据和考虑伸缩缝刚度参数影响, 提出了一种全面反映悬索桥结构特性的桥梁有限元模型实用修正方法。采用频率残差目标函数, 将频率、振型参数与其他静力信息作为约束条件, 进行了模型零阶优化计算。计算结果表明: 修正后模型的结构静动力计算响应与实测响应之间的误差明显减小, 各测点静力变形误差小于8%, 振动频率误差小于5%, 并且有限元模型的参数变化合理, 保证了参数本身的物理意义, 从而利用修正方法获得了四渡河特大桥的基准有限元模型。     

悬索桥重力式锚碇结构-地基联合承载机制

基于普宣高速公路宣威岸重力式锚碇工程, 设计了不回填无预应力、不回填有预应力和回填有预应力3种计算工况, 利用数值仿真试验分析了重力式锚碇和地基的力学机制和破坏模式。承载机制表明: 8倍设计荷载之前没有塑性变形, 为弹性工作状态, 最大变形在锚岩界面, 摩擦效应居主导, 基底拉应力区可控, 锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于稳定可控状态; 12倍设计荷载之后塑性区逐步扩展, 达到20倍设计荷载时全部贯通, 基底塑性变形明显, 锚碇结构变形显著, 基底夹持岩体剪切破坏, 夹持效应居主导, 基底拉应力区不可控, 锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于不可控状态; 锚碇施加的预应力只在结构-岩基协调变形之前起作用, 之后影响不大; 回填可以极大地改善基底应力状态与结构扭转变形、抗滑移和抗倾覆稳定性, 可在容许变形范围内适当考虑增强效应。可见, 重力式锚碇结构-地基协调变形与联合承载机制, 表现为摩擦效应、夹持效应和回填效应的综合作用。监测结果显示: 通过基底拉应力和压应力监控结构与地基接触面安全性, 监测值小于地基容许承载力3MPa; 通过基底变位和地基深部水平位移监控结构抗滑移稳定性, 实际工程监测值小于1mm; 通过角点不均匀沉降监控锚碇抗倾覆稳定性, 倾斜值小于0.006;通过大体积混凝土温控监测可知, 内部最高温度小于60℃, 进出水温差小于15℃, 内表温差小于20℃, 峰后降温速率小于3℃·d^-1; 锚束锁固荷载监测变化幅值不超过设计值的5%。