考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系风振响应及减振控制

为研究风荷载作用下考虑土与结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)对输电塔-线体系的动力响应与减振控制的影响。根据实际工程,建立输电塔-线体系模型和桩-土-输电塔-线体系模型,然后分别对软土条件下考虑SSI效应的输电塔-线体系和刚性地基的输电塔-线体系进行风振响应分析。将多个粘滞阻尼器安装在考虑SSI效应的输电塔上,对输电塔风致振动进行控制。研究结果表明：考虑SSI效应后,输电塔的位移响应明显增大,其中塔身代表节点的位移最大值、均方根值分别增大64.73%、79.09%,塔身和塔腿的轴力响应减小。阻尼系数相同时,速度指数为0.3的阻尼器对输电塔风振控制效果最好。速度指数相同时,阻尼系数越大塔顶位移响应和塔身单元的轴力响应越小。速度指数为0.3,阻尼系数低于30 000 kN·(s/m)^0.3时,不同阻尼系数的阻尼器对塔顶节点的位移控制效果差距明显,阻尼系数小于15 000 kN·(s/m)^0.3时,不同阻尼系数的阻尼器对塔身单元的轴力控制效果差距明显。     

冲击载荷作用下电磁阻尼器动力学特性研究

为了探究电磁阻尼器在冲击环境下的工作特性,开展针对冲击载荷作用下的电磁阻尼器动力学特性研究。首先,根据电磁阻尼器存在的“恒阻尼-恒功率”的固有特性,基于单自由度系统振动模型,建立冲击载荷作用下电磁阻尼器阻尼响应模型,分析了冲击性质等因素与阻尼输出特性的匹配关系;其次,建立了电磁阻尼器动力学模型,并利用Simulink搭建了仿真模型进行分析;最后,研究分析了载荷匹配系数和衰减系数对电磁阻尼器阻尼输出特性的影响,提出了阻尼稳定输出的调整方法。研究结果表明：电磁阻尼器在实现对冲击载荷的制动过程中,会在恒阻尼输出平台中出现阻尼凹陷现象的突变,且其制动特性可以通过载荷匹配系数和衰减系数进行调整。     

冲击载荷作用下电磁阻尼器动力学特性

为了探究电磁阻尼器在冲击环境下的工作特性,开展针对冲击载荷作用下的电磁阻尼器动力学特性研究。首先,根据电磁阻尼器存在的"恒阻尼-恒功率"的固有特性,基于单自由度系统振动模型,建立冲击载荷作用下电磁阻尼器阻尼响应模型;分析了冲击性质等因素与阻尼输出特性的匹配关系。其次,建立了电磁阻尼器动力学模型,并利用Simulink搭建了仿真模型进行分析。最后,研究分析了载荷匹配系数和衰减系数对电磁阻尼器阻尼输出特性的影响,提出了阻尼稳定输出的调整方法。研究结果表明:电磁阻尼器在实现对冲击载荷的制动过程中,会在恒阻尼输出平台中出现阻尼凹陷现象的突变;且其制动特性可以通过载荷匹配系数和衰减系数进行调整。     

连续曲线梁桥在多车荷载作用下的动力响应

以某一匝道公路连续曲线箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动响应及冲击系数.考虑桥梁阻尼比和桥面平整度的影响,采用通用软件ANSYS模拟桥梁,车辆简化为16自由度模型,采用模态综合法编制了公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,研究了多车荷载作用下连续曲线箱梁桥的动力响应.研究表明:主梁竖向挠度冲击系数受横向加载车辆数量的影响较小,跨中截面外腹板动力响应最大,建议采用外腹板处冲击系数进行设计.当纵向车辆间距一定,车速低于22 m·s~(-1)时,冲击系数在单车工况下最大,且随着纵向加载车辆数量的增多而显著减小;当车速超过22 m·s~(-1)时,纵向两车和三车工况下,主梁冲击系数有围绕单车工况下冲击系数曲线上下波动的趋势.纵向车辆间距对设计时选取的冲击系数影响较小.     

随机车流作用下桥梁冲击系数分析

为研究交通车辆作用下在役桥梁的振动特征,需提出随机车流作用下桥梁的冲击系数计算方法.根据响应面分析方法拟合了影响面的函数表达式,求得随机车流作用下桥梁结构最大静挠度;基于已编制的车-桥耦合振动分析程序,获得各类车型单独作用下车-桥耦合接触力,用该耦合接触力等效代替各类车辆三维模型作用在桥梁结构上,从而获得随机车流作用下桥梁结构的动力效应,并求得相应冲击系数,从而提出了简便且实用的随机车流作用下桥梁结构冲击系数计算方法.通过与规范计算值对比表明,本文所提出的方法能有效地计算随机车流下桥梁的冲击系数.     

颗粒阻尼线性离散元模型参数的选取方法

为了研究不同形式颗粒阻尼的减振特性及其在旋转条件下的阻尼效果,建立颗粒阻尼的线性离散元模型,提出了一种颗粒接触线性模型的参数选取方法。根据Hertz接触非线性模型,假设颗粒相对运动在达到屈服极限时,Hertz接触模型接触力所做的功和线性模型接触力所做的功相等,对颗粒接触的力和位移的关系进行了线性化处理;利用离散元法对重力场下不同材料的非阻塞性颗粒阻尼(NOPD)、柔性约束颗粒阻尼和旋转条件下的NOPD进行建模;根据颗粒材料的屈服强度、泊松比、弹性模量等物理属性确定了仿真计算的相关接触参数。与实验确定颗粒接触参数的方法相比,所提方法适用范围更广。数值计算结果与实验结果在趋势和数值上吻合得较好,为颗粒阻尼的进一步研究奠定了基础。     

双链式悬索桥车-桥系统的动力特性

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车-桥系统耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链式悬索桥振动响应的影响.针对车辆不同行驶速度,就该类悬索桥车辆冲击系数进行分析,理论分析与试验结果比较吻合.     

柔性动边界梁在横向撞击下的动力响应

研究特定约束条件下梁受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力—嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比增加一个变形阶段. 受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力一嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比 加一个     

接触力模型对含间隙铰接副多体系统分析的影响

为研究接触力模型对含间隙铰接副多体系统动力学分析结果的影响,分析了不同接触力模型中阻尼系数和耗散能的计算方法及其优缺点,并以单球碰撞为例对比分析了各模型耗散能的大小。在此基础上,以含间隙铰接副曲柄滑块机构为例,研究了不同接触力模型对多体系统动力学计算的效率、稳定性及结果的影响。计算结果表明:接触力模型中耗散能的增加可以使多体系统动力学计算结果更快趋于稳定;选取适当的接触力模型可改善动力学方程的求解效率及结果稳定性。针对不同恢复系数,从稳定性、计算效率及适用范围三方面考虑,得出了相应的更具优势的接触力模型。     

着陆器足垫与月壤竖向冲击简化动力学模型

月面软着陆过程中足垫在冲击条件下的动力响应是着陆缓冲机构设计的重要依据。月壤颗粒受压易碎和散体材料特性对足垫与月壤动力相互作用起控制作用。参考NASA提出的动力控制方程,引入月壤阻尼效应建立足垫-月壤一维竖向冲击数力模型。结合室内试验、数值模拟和模型试验结果,建立月壤状态特性相关力学参数计算模型,构建冲击质量累积模型,采用精细时程积分算法将冲击过程中参数变化纳入方程求解,最终得到不同给定条件(冲击质量、冲击速度)下足垫受力和位移时程曲线和峰值。同时,以冲击质量1.5kg、冲击速度1m/s为例验证了模型计算结果与实测结果具有较好的一致性,可以作为缓冲机构设计冲击力、位移、作用时间输入值的估算模型。     

两自由度正切非线性系统的冲击响应研究

建立了两自由度的正切非线性包装缓冲模型,得到系统的振动方程,经过一系列变换得到振动微分方程的状态变量,运用四阶变步长Runge-Kutta方法算出此非线性系统在半正弦脉冲冲击下的冲击响应谱曲面,得出质量比β1、刚度比β2、压缩极限比β3、阻尼系数比4β、黏滞阻尼因子1ξ和系统参数β对冲击曲面的影响规律.冲击曲面能全面反映包装系统在不同参数作用下的信息.     

手动变速箱空挡齿轮敲击问题的影响因素分析

齿轮敲击噪声会严重影响整车声品质,为研究该问题,建立手动变速箱空挡齿轮敲击问题的4自由度模型,模型包括2个非线性因子:离合器扭转刚度和轮齿弹性接触力.根据建立的动力学方程,讨论了齿轮敲击噪声的判定条件,分析了离合器参数的影响(扭转刚度、迟滞阻尼力矩、黏滞阻尼系数和刚度转变节点),发现第1级刚度和迟滞阻尼减小,敲击噪声降低,而随着离合器阻尼系数的增大,敲击噪声先减小后增大,存在1个最优解.分析了离合器以外的参数的影响(主从动轮阻尼系数、转动惯量、飞轮转速和扭矩波动幅值),发现主动轮阻尼系数、从动轮惯量减小,从动轮阻尼系数、主动轮惯量增大,更快的发动机转速和更小的发动机激振力矩有利于改善敲击.     

基于空间桥面不平顺的简支梁桥冲击系数研究

为研究空间桥面不平顺对桥梁冲击系数的影响,文章采用功率谱密度函数模拟桥面不平整度,以简支梁桥为研究对象,基于手机加速度采集客户端进行车辆行驶轨迹随机条件下的桥面不平整度测试,构建空间桥面不平整度模型;在此基础上模拟车辆的随机行驶轨迹,得到不同行驶速度下500组桥梁动态响应,分析了桥梁冲击系数在车辆随机行驶轨迹下的概率分布模型以及在不同车速下的变化规律;基于现行不平整度规范,采用三角函数叠加法对不同等级桥面不平整度进行数值模拟,对比研究了车辆行驶单线程、行驶轨迹随机以及现行4个国家设计规范的冲击系数。研究结果表明:随机车辆行驶轨迹下,车速由5 m/s增加到25 m/s,冲击系数均值由0.130增加到0.311,冲击系数均值、标准差和极值整体随车辆行驶速度增大呈递增趋势,但当车速较大时,冲击系数增加缓慢,甚至出现减小趋势;同一车速不同车辆行驶轨迹条件下所得冲击系数样本服从正态分布;基于空间桥面不平整度和随机车辆行驶轨迹下冲击系数大于车辆单线程行驶条件下的冲击系数,当车速为25 m/s时两者最大相差20%;相同车速条件下,随着桥面状况等级变差,冲击系数呈明显增大趋势。研究结果可为桥梁结构动态性能评估提供参考。     

形状记忆合金弹簧振子的非线性自由振动

采用多项式本构方程描述形状记忆合金弹簧的恢复力,建立了单自由度形状记忆合金弹簧振子的非线性动力学模型,讨论该系统各平衡点的稳定性,并采用龙格-库塔法进行数值计算,分析该系统自由振动的特征。研究结果表明,系统在不同温度条件下有不同的平衡点,平衡点的稳定性由系统的阻尼系数和温度共同决定。在低温和中温条件下,系统自由振动具有对初始条件的敏感性,系统阻尼的存在可能改变系统的振动形式;而高温条件下,系统仅作衰减振动,运动规律受初始条件影响不大,但受阻尼影响较大。     

电磁发射轨道受余弦函数磁压力作用的瞬态响应

研究影响电磁轨道发射的摩擦阻尼力因素.将电磁发射装置的轨道模拟为移动载荷作用下的弹性基础梁,采用欧拉梁理论建立梁的力学模型,利用积分变换及其逆变换等方法推导出简谐压力作用下轨道的瞬态响应解析解;通过MATLAB数值算例分析得到:弹性系数、粘滞外阻尼系数和摩擦阻尼系数对梁瞬态动力响应产生不同程度的影响.这为今后求解更高阶偏微分方程的初值问题及其改进电磁发射装置的性能提供了理论依据.     

粘弹性动接触问题的阻尼简化处理

动接触力算法是求解粘弹性动接触问题的精度较高的方法之一。为找到这一方法的阻尼简化处理方法 ,同时保持动接触力方法的精度 ,利用求解线性代数方程组的迭代格式 ,研究了阻尼系数同动接触力方程解的关系 ,给出了动接触力方程的级数形式的解。从该级数解中分离出阻尼影响项 ,从而为求解动接触力方程时的阻尼简化计算提供了理论依据 ,由此提出了动接触力方法的阻尼简化计算原则。数值算例表明 ,阻尼简化算法可以简化动接触力方程的求解 ,在不损失精度的同时减少计算量 ,可用于动接触力方法中对动接触力的计算。     

考虑轴颈倾斜的水润滑橡胶径向轴承的动力学特性

针对轴颈倾斜下水润滑橡胶径向轴承动力学建模问题,提出了32系数动力学模型,建立了弹流润滑模型,采用差分求解方法求解了8系数模型和32系数模型下的轴承动特性,分析了偏心率和倾斜角的变化对轴承动特性系数的影响。研究结果表明:轴承的8系数模型下刚度和阻尼系数随偏心率的增大而增大,且在大偏心率下呈指数式增大;轴承的32系数模型下角刚度和角阻尼系数也随偏心率的增大而增大;随着轴颈倾斜角增大,32系数模型下轴承的位移刚度系数、位移阻尼系数、角刚度系数、角阻尼系数、角-力交叉刚度系数、角-力交叉刚度阻尼系数、位移-力矩交叉刚度及位移-力矩交叉阻尼系数都相继增大。该研究对水润滑橡胶径向轴承的润滑性能优化设计提供了一定的参考。     

两构件冲击接触过程的理论与数值模拟

该文采用基于赫兹理论的非线性阻尼弹簧接触模型,分别模拟特殊形状和材料的两构件间弹性、超弹性和弹塑性冲击接触过程,数值计算结果仅为有限元结果的50％.根据有限元计算结果对非线性弹簧阻尼模型进行修正,得到两构件弹性、超弹性和弹塑性冲击接触的接触力、最大变形量和冲击作用时间修正表达式.结果显示,修正模型与有限元模型的误差小于5％,采用修正模型能够方便地得到冲击过程中的相关参数,该模型可作为描述两构件冲击过程的数值计算手段.     

混凝土重力坝非黏滞阻尼地震响应分析

采用以核函数为指数函数的卷积型非黏滞阻尼模型,建立了地震作用下非黏滞阻尼结构的振动方程,引入状态变量,导出了非黏滞阻尼结构振动方程的状态空间表达式。以某重力坝为例,输入Koyna实测地震波,实现了时域精细积分法求解坝体非黏滞阻尼地震响应的算法,给出了松弛参数μ取不同数值时大坝的响应时程。计算结果表明,无论是空库还是满库,非黏滞阻尼模型的峰值响应均大于黏滞阻尼模型的峰值响应,随着μ取值的减小,非黏滞阻尼模型的峰值响应增大,说明黏滞阻尼模型的阻尼效应大于非黏滞阻尼模型。因此,目前采用黏滞阻尼模型分析混凝土重力坝的地震响应,会低估大坝的峰值响应,从而影响结构设计方案的安全性和合理性。     

基于遗传算法的负刚度装置优化布置

针对一种新型轨道式负刚度装置(negative stiffness device,NSD)提出了一种基于遗传算法的优化布置数学模型,该模型同时考虑NSD在加速度控制上的优势和位移控制上的劣势,设定5组加权系数组合,考察不同优化侧重下的控制效果.以某10层结构为算例,通过对比负刚度装置和传统阻尼器控制效果,得到最优加权系数组合;通过对比5组加权系数组合,得到负刚度装置优化布置基本原则.