Dynamic impedances and load carrying mechanism for skirted foundations

Dynamic impedances of foundations include dynamic stiffness and damping which have important effect on the internal forces in the structure. In some cases, such as offshore wind turbines, the influence of the foundation impedances on the system's natural frequency and overall damping could potentially have a significant effect on the fatigue life of the structure. The vertical, horizontal and rocking impedances of a skirted foundation (also termed bucket foundation in offshore wind industry) embedded in a fully saturated poroelastic seabed are addressed in this paper. The vertical impedance is most relevant for jacket foundations supported on three or four bucket foundations, while horizontal and rocking impedances are applicable for mono-bucket foundations. The dynamic vibration problems are solved semi-analytically with the help of dual integral equations and Green's functions. Numerical results for dynamic impedances are obtained; damping ratio are also obtained to show the importance of radiation damping for bucket foundations, even at very small excitation frequencies. The influence of length-to-radius ratio, Poisson's ratio, permeability of soil, excitation frequency and thickness-to-radius ratio on the impedances are also studied. Besides, the dynamic load sharing among the top plate, bucket shaft and bucket tip is obtained for vertical load, horizontal load and moment to shed light on the carrying mechanism of bucket foundation at dynamic working loads. It is found that for a rigid bucket foundation, even when the length-to-radius ratio is small (e.g. l/a = 1.0), most of the loads are carried by the shaft, while the top plate and tip of the bucket take only a small portion of the loads. The results of this study will be helpful for understanding the load-carrying mechanism of offshore bucket foundations for normal operation conditions.     

基于钻孔数据的盾构隧道纵向结构参数化计算

为推动盾构隧道工程数字化设计的发展,提升结构计算效率,提出一种基于地质钻孔数据的盾构隧道纵向结构参数化计算方法。本方法考虑了三维地质空间的不确定性以及隧道纵向结构的三维空间线型特点,利用K最近邻与普通克里金算法建立地层数据库; 然后,与隧道轴线的空间信息建立引用关系,并输出结构约束条件与荷载大小; 最后,利用等效刚度梁模型进行隧道纵向结构计算。以武汉市两湖隧道东湖段QXK6+300~+400区间为对象,将本方法与现有方法进行对比,结果表明： 本方法的约束条件可以不依赖人工经验保守取值,而通过预编译的程序自动计算得出;同时,参数化计算流程有利于满足后续多区间核算需求,并且可以把内力分析结果精确地反映在三维应力云图上。因此,本方法能有效提升设计效率。     

基于模糊理论的车辆变刚度弹簧组可靠性优化设计

为提高变刚度弹簧组的设计质量,在传统优化设计方法的基础上,应用模糊设计理论和可靠性设计理论,建立了当弹簧应力和强度分别为随机变量和模糊变量时,综合考虑静强度、疲劳强度、稳定性、质量等因素的变刚度弹簧组的模糊可靠性优化设计模型.以货车某新型变刚度弹簧组为研究对象,利用建立的模型对其进行了优化设计分析,计算结果显示,空重车静挠度分别比原设计方案提高了5.4和3.2 mm,同时还使其总质量降低了约15.8%,表明所建立的模糊可靠性优化设计模型能满足设计要求.      

复合材料螺旋桨弯扭耦合刚度特性分析

[目的]复合材料螺旋桨的弯扭耦合变形程度反映了桨叶的刚度特性,而桨叶刚度特性又与其水动力性能存在一定的相关性,将从刚度的角度对复合材料螺旋桨的纤维铺层进行优化设计.[方法]首先,以DTMB 4383复合材料螺旋桨为研究对象,基于复合材料螺旋桨流固耦合自迭代算法,构建桨叶弯扭刚度数值计算方法;然后,分别在桨叶铺设单向碳纤...     

空气弹簧系统垂向刚度特性的有限元分析

对空气弹簧系统材料非线性、儿何非线性和状态非线性问题以及气固耦合问题进行了理论分析，得到了在有限元分析中的处理方法．用有限元软件ABAQUS建立了空气弹簧系统有限元模型，其中帘线采用rebar单元．计算了空气弹簧系统的垂向刚度，并分析了气体压力和帘线角对垂向刚度的影响．有限元计算结果表明，空气弹簧系统垂向刚度随气体压力的增加而增加，随帘线角的增大而略减小．     

芜湖长江大桥斜拉桥的车桥耦合振动分析

针对芜湖长江大桥主桥180m 312m 180m的斜拉桥，分别采用空间杆系有限元模型与空间杆系-板-实体混合单元有限元模型分析了桥梁的空间自振特性，两种模型的计算结果取得了较好的一致。并采用空间杆系有限元模型，对该斜拉桥在列车活载和公路活载下实际运营中的车桥动力响应进行了分析，计算结果表明，尽管该垂头丧气闰桥在设计菏载（中一活载）下的挠跨比达1/587，列车通过桥梁时的舒适性与安全性仍能满足要求，桥梁具有足够的竖向与横向刚度。     

土-结构动力相互作用体系基频试验研究

为了研究土-结构动力相互作用体系的基频,进行了室内刚性地基上和土槽中1/4钢框架模型的顶部牵引释放试验,得到模型刚度不同时,刚性地基上和土槽中结构体系的基频。根据试验结果得到钢框架模型基频折减率和上部结构与地基相对刚度比的关系式。研究结果表明:土-结构动力相互作用(SSDI)使结构体系基频降低,基频折减率最大为29.37%;基频折减率和上部结构与地基相对刚度比有关,相对刚度比越大,折减率越大。     

大连地铁2号线兴工街站浅埋大跨隧道双层初期支护组合形式及合理参数分析

拱部采用双层初期支护的浅埋大跨地铁隧道工程实例十分有限,支护结构的组合形式选择与每层厚度确定还缺乏经验。针对这一问题,以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景,通过现场试验与数值模拟,分析双层支护的组合形式及支护的刚度比对结构上的围岩压力及隧道上覆地层沉降的影响。研究表明:1)在双层格栅、外层型钢-内层格栅、外层格栅-内层型钢3种组合形式中,外层格栅-内层型钢最适合兴工街车站隧道,合理的支护厚度为外层35 cm,内层20 cm。2)外层初期支护为主要承载结构,承担的围岩压力随外层与内层支护刚度比增大而增大;内层初期支护为次要承载结构,承担的围岩压力随外层与内层支护刚度比增大而减小。     

面向末端刚度提升的机器人手臂关节角路径优化

针对六自由度串联关节机器人手臂,采用D-H法对手臂的操作空间进行了描述,得到了正、逆解运动学模型,建立了机械臂运动学方程.在各运动角度优化指标下,优选末端关节角度来增加手臂的刚度和稳定性,从而实现机械臂路径规划的优化.引入目标函数和遗传算子,提出了一种基于遗传算法的多目标机械臂路径规划算法.通过Matlab工具箱进行仿真验证,证明了该算法的有效性与可行性.     

减振型双块式无砟轨道合理刚度匹配研究

为研究城际铁路减振型双块式无砟轨道的合理刚度匹配,基于轮轨系统耦合动力学理论,结合我国城际铁路的运营特点,建立了城际铁路车辆-减振型双块式无砟轨道耦合动力分析模型,分析了列车在时速200 km和160 km时的轮轨动力响应。结果表明:对列车最高运行速度为200 km/h的城际客运专线,建议钢轨允许垂向位移控制在2 mm以内,减振垫的垂向位移应控制在1 mm左右;支点反力、钢轨位移受扣件刚度的影响显著,减振垫刚度是决定底座板加速度及道床板位移的决定性因素。城际铁路“在大站停”列车时速200 km、“站站停”列车最高时速160 km时,扣件合理刚度可取为42~49 kN/mm,减振垫的合理刚度可取为0.036~0.044 N/mm3。