坐姿状态下人-结构相互作用体系水平振动特性

针对人-结构系统水平振动问题,建立质量轻基频低的试验平台,研究人端坐于试验平台时该人-结构相互作用体系的水平振动特性.试验结果表明:自然端坐状态下,人体的不同朝向对结构的动力特性的影响不同.当人朝x向端坐时,结构多出一个振型频率,而基频恰好分布于两振型中间;而当人朝y向端坐时,结构仅有共振频率高于原结构基频.在研究中,人通常比较成质量块放在结构装置上,而事实上质量块对结构的振型阻尼比影响很小,人体能显著增大结构振型阻尼比.因此,不能将水平向自然端坐的人仅仅看作质量块,而应当成质量-弹簧-阻尼完整的体系.     

人群-桥梁耦合振动研究及参数分析

根据交通流和生物力学的研究成果,将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由度系统,建立了人群过桥时人群-桥梁耦合系统的动力学模型,分析了人群对耦合系统动力特性的影响,研究了不同行走模式时人群-桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数敏感性.结果表明:人群使耦合系统产生了附加振型;人群集度和位置对耦合系统的动力特性影响较大;行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构竖向基频相接近,以及人群行走步调是否相接近;人群集度和行走速度对人群-桥梁耦合系统的动力特性均有不同程度的影响.文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参数取值的任意性.     

人与轻柔结构水平相互作用试验研究

针对人-结构系统水平振动问题,建立了人-结构水平振动试验平台;在结构轻质低基频情况下,研究了人-结构系统水平振动特性。试验表明:当人自然站在结构上时,前后向人体使结构的基频降低,但与重量相当的质量块-结构系统相比,降低幅度相对较小;左右向人体既可以使结构基频降低,也可以使结构基频升高;前后向人体对结构基频的影响量大于左右向人体对结构基频的影响量;质量块对结构的振型阻尼比影响很小,人体能显著增大结构振型阻尼比;但前后向人体贡献的阻尼比左右向人体贡献的阻尼大。在水平向,自然站立的人不能当做质量块。     

多自由度线性阻尼系统与机床主轴部件动态性能的状态空间分析

本文首先应用现代控制理论的状态空间分析法求出了多自由度线性阻尼系统的无阻尼固有频率ω_n、有阻尼固有频率ω_d、衰减因子σ以及在不同的激励下系统的响应.然后,将此法用于研究机床主轴部件.计算表明,应用状态空间分析法求解系统的有阻尼固有频率ω_d是较迅速的.本文还指出,如将状态空间分析法与频率特性分析法相结合,对研究此类系统的动态性能是较为方便的.最后,讨论了有关的结构与参数对主轴部件动态性能的影响.     

基于结构基频确定Rayleigh阻尼系数的优化方法及其讨论

对于一般工程结构而言,低阶振型在结构的动力反应中起主导作用,为此提出一种基于结构基频的直接确定Rayleigh阻尼系数的优化方法,以避免构造Rayleigh阻尼矩阵过程中选择两阶振型的任意性.以地震波反应谱随阻尼比变化的经验公式为基础,形成反应谱导数的近似计算公式,从而得到一个仅需地震波反应谱和结构模态分析结果即可综合考虑结构动力特性、地震波频谱特性的Rayleigh阻尼系数的计算方法.任意选择10条地震波对某自由场进行地震反应分析,通过对不同Rayleigh阻尼系数确定方法的分析比较,验证了所提方法的有效性.     

隔震结构-设备耦合体系的楼面反应谱影响因素分析

建立隔震结构-设备耦合体系的SIMULINK动力分析模型,选取2栋实际的隔震结构和多条地震动,对隔震结构-设备耦合体系进行动力时程分析,求得楼面加速度放大系数的均值谱作为楼面反应谱,并与不考虑耦合效应的隔震结构楼面反应谱进行对比,讨论设备动力特性、隔震结构动力特性、建筑场地和设备所在楼层位置对隔震结构-设备耦合体系楼面反应谱的影响.结果表明:设备质量和阻尼越大,隔震结构-设备的耦合效应越明显,特别当设备与所在楼层的质量比超过1%时,宜考虑设备-结构的耦合作用;隔震结构动力特性、设备动力特性和场地条件均会影响楼面反应谱的谱值和谱形,但设备不同位置对楼面谱的影响很小,可忽略不计.     

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.     

电流变弹性体夹层结构梁动力学特性分析

将电流变弹性体材料等效为粘弹性阻尼材料,运用夹层梁理论和广义Hamilton原理,建立了电流变弹性体夹层结构梁的动力学模型,并对其动力学特性进行仿真分析.仿真结果表明,随着外加电场强度的增加,电流变弹性体夹层结构梁的刚度和模态损耗因子得到提高,系统的振动也会减小;增加电流变弹性体夹层的厚度,能降低系统的固有频率,但同时...     

单自由度Maxwell阻尼器减震结构的等效阻尼解析分析

为了提高单自由度Maxwell阻尼器减震结构的等效阻尼和频率的解析分析法的精度,首先基于一般线性粘弹性耗能结构动力响应特性完全由其自振特性确定的性质,以及实际工程中应用的Maxwell流体阻尼器和支撑—粘滞阻尼器复合系统均具有松弛时间较小的特性,重构了结构基本分析方程,然后基于自由振动特性完全相同的等效准则,采用多尺度方法获得了减震结构的一阶等效阻尼和频率的近似解析式,使减震结构可直接应用反应谱法进行抗震设计;并将上述分析法推广到单自由度广义Maxwell阻尼器减震结构。对比分析结果表明,文中方法优于经典的模态应变能法,对于工程常规的单自由度Maxwell阻尼器减震结构,在我国抗震规范要求的参数范围内,其计算误差可控制在3%以内。     

轴承结合部动态参数识别与等效分析模型的研究

针对轴承结合部有限元分析模型参数难以确定的问题,提出了基于模态实验数据的建模方法,分析了球轴承接触变形的特点.利用拉格朗日力学分析原理建立了球轴承装配结构3自由度的动力学方程,依据模态实验测得的固有频率和阻尼比,采用最小二乘法解得单个钢球在接触法线方向上的刚度和阻尼,进而计算得到了轴承结合部在径向、轴向以及转角等3个方向的刚度和阻尼.采用弹簧阻尼单元模拟轴承结合部的结构动力学方程,通过与由拉格朗日力学分析原理建立的动力学模型的对比,来确定弹簧阻尼单元的数值,并建立了轴承结合部有限元分析模型.研究结果表明:在对装配结构有限元进行分析计算时,结构前3阶固有频率及振型与实验测得的振型一致,对应固有频率的相对误差在5%以内.     

考虑SSI效应的适用于风电结构设计的地震反应谱

针对风电结构的低阻尼特性及设计反应谱未考虑土-结构相互作用（Soil-structure Interacton，SSI）的问题，提出了考虑SSI效应的适用于风电结构设计的地震反应谱. 选取具有不同场地特征的3 034条地震动，并按照建筑抗震规范进行场地分类；基于无质量集总参数模型，建立了风电结构考虑SSI效应的单自由度分析模型. 基于大样本地震动结果的统计分析与非线性最小二乘技术，形成了新反应谱的规范形式. 分析表明，对于低阻尼比，新反应谱值大于规范谱值，比传统采用建筑抗震规范反应谱的计算更加安全. 提出的新反应谱概念清晰、形式简便，可为风电结构的抗震初步设计提供依据.     

2自由度车辆悬架线性模型最佳阻尼比的解析分析

研究路面速度谱输入为零均值白噪声时,2自由度悬架系统线性模型使簧上质量加速度最优的阻尼系数解析表达式.根据2自由度悬架系统线性微分方程,推导簧上质量加速度相对于路面谱输入的传递函数的解析表达形式,通过对特殊形式的积分求极值的方法,获得最优阻尼系数的解析表达式,其中忽略了轮胎的阻尼.验证结果表明,最优阻尼系数只是车辆结构参数的函数,与车辆的行驶工况无关,该公式可以用于车辆初始设计时,对悬架阻尼比的估算.     

双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.     

基于实测数据的单自由度行人生物力学模型

为研究低频轻质梁板结构上行人-结构的相互作用,将人体等效为一个具有移动质量-阻尼-刚度(MMCK)的单自由度生物动力学力学模型,并依此建立其动力方程.首先,基于实测的大量数据采用最小二乘法求解耦合系统等效的非线性方程组得到生物力学模型中的质量、阻尼、刚度等输出参数.然后,通过统计分析其分布规律,对三个输出参数进行二次交叉乘积项拟合得到各参数与行人步频以及行人质量的回归关系式公式,建立单自由度生物力学模型.对回归的参数表达式与试验求解的参数进行对比分析,验证了该回归参数模型的合理性.     

TBM刀盘系统多自由度耦合固有特性及敏感度

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度、综合传递误差、阻尼等影响因素,建立了TBM刀盘系统的平移-扭转-倾覆多自由度耦合动力学模型.基于实际工程项目的刀盘系统参数求解固有频率和振型,并研究系统参数对固有频率的影响及敏感度问题.研究结果表明,刀盘系统低阶固有频率为57和61 Hz,对应振型分别为电机和小齿轮的纯扭转振动及刀盘和大齿圈平移倾覆耦合振动,刀盘分体的切向支撑刚度和质量的敏感区间分别为3~4 GN/m和19~23 t.     

轨枕空吊对桥上有砟轨道结构动力响应的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,将轨枕下部的有砟轨道考虑为弹簧-阻尼系统,假设该弹簧-阻尼系统失效来模拟轨枕空吊状态,建立含轨枕空吊的有砟轨道-桥梁耦合模型.采用Newmark直接积分法求解车辆-轨道-桥梁耦合动力学方程,计算列车通过时轨枕正常状态和空吊状态下轨道结构的位移和加速度,同时对空吊轨枕出现的数量及纵向分布位置对轨道结构动力特性的影响进行分析.对轨枕无空吊状态、单根空吊状态、连续2根空吊和间隔2根轨枕空吊4种工况下轨道结构的动力响应进行分析.研究结果表明:连续2根轨枕空吊影响下轨道响应显著大于其他3种工况,间隔2根轨枕空吊的影响略大于单根轨枕空吊的影响,但差别较小;轨枕空吊对有砟轨道结构动力影响范围沿轨道纵向不超过2跨轨枕间距;随着列车运行速度的增加,轨枕空吊影响下轨道结构位移变化较小,加速度则明显加大,基本呈线性增长.     

带支撑分数导数粘滞阻尼器减震结构随机响应

对带支撑分数粘滞阻尼器单自由度耗能结构的随机地震响应与等效阻尼进行了系统研究.首先,建市结构运动方程;然后应用随机平均法,将结构响应幅值近似为扩散过程,获得了结构位移与速度联合概率密度函数以及位移、速度响应方差的解析解;最后,基于随机平均分析完全相同的等效准则,建立了可直接应用反应谱法的上述阻尼器的等效阻尼计算公式,给...     

非结构件和设备的抗震设计楼面谱

第一代楼面谱将设备与结构解耦，大大方便了设备抗震设计。但因未考虑设备的反作用，所得楼面谱误差过大。文中讨论第二代楼面谱，考虑设备对楼层的质量比不很小时，设备的反作用不可忽视，特别是当设备频率与结构相近（调谐）时影响显著。而且设备阻尼一般不同于结构阻尼，调谐时非经典阻尼的影响明显不同于经典阻尼。用随机振动法建立了由地面反应谱计算设备反应的程序，并针对６座典型高层建筑计算了６００余条楼面谱，从中给出了设计用楼面谱     

土-箱基-框架结构动力相互作用体系试验研究

通过对1/2大比例模型的试验与仿真分析,研究了结构-箱基础-土体系的动力反应.将实测基频结果与基于刚性地基的仿真分析结果对比,发现实测结果小于有限元结果;但将实测基频结果与考虑相互作用的仿真分析结果对比,发现实测结果与仿真分析结果吻合,这说明土-箱基础-结构相互作用改变了结构体系的动力特性,使结构体系的自振周期延长,同时也验证了仿真分析的有效性.     

高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响研究

为了研究高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响,分别建立单层和双层连续弹性支承梁动力学模型.在空间-频率域给出正弦稳态激励下弹性梁的动力学响应.分别定义沿弹性梁垂直方向的力传递率和水平方向的平均振动衰减率,对比高阻尼隔振器对弹性梁动态响应的控制效果.计算结果表明:相比常规线弹性支承,高阻尼隔振器可有效抑制弹性梁的力传递率幅值并增加弯曲波的空间传递衰减率;同时,梁-高阻尼隔振器系统固有频率大于梁-线弹性支承系统固有频率;通过调整高阻尼隔振器的安全系数ε和刚度比α,可优化弹性梁的力传递率和空间衰减率的有效工作频段和响应幅值.