多工况激励下大跨度钢结构高铁站房振动响应的现场实测研究

基于太原南站钢结构站房健康监测系统,对站房结构在列车进站、出站、过站工况,人群检票进站工况以及施工荷载工况下钢结构站房的实测加速度响应数据进行分析,考察不同测试工况下钢结构站房的振动响应特性。结果表明:结构竖向加速度响应频率与列车加载频率呈倍频关系,站房在列车过站工况激励下的响应明显大于列车进站、出站工况,且均不会引起结构的显著振动;人群步频的1倍频与2倍频易激起结构竖向振动,但受步速限制,其等效峰值加速度(ESPA)最大值未超过规范限值;施工荷载激励频率在10 Hz以上,易激起X形钢柱竖向振动;等效峰值加速度曲线能较好反映加速度响应幅值的变化趋势,可用来评估大跨度站房结构的舒适度水平。     

混凝土泵车结构模态分析与试验

针对混凝土泵车臂架系统振动过大的问题,使用ADAMS软件建立了泵车臂架系统的动力学仿真分析模型。通过模态分析,得到了该泵车的固有频率和振型,其一阶固有频率为0.3765Hz,实测一阶固有频率为0.370～0.375Hz,证实了仿真计算的可靠性。实测系统激扰频率为0.296～0.375Hz,与一阶固有频率比较一致,从而找出了该泵车臂架部分振动较大的原因,为该泵车结构改进提供了依据。     

地铁直线轨道波磨成因及发展特性

为分析地铁直线段钢轨波磨的成因及发展特性,基于轨道结构有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,运用模态分析和动力分析对钢轨波磨的产生和发展进行研究。结果表明：（1）实测波磨的线路条件和通过频率范围与Pinned-Pinned共振导致的响轨波磨接近,初步认为该区段发生的波磨可能为响轨波磨;（2）轨道结构模态分析发现,513.7Hz处的振动模态为轨道结构的横向Pinned-Pinned共振模态,1050.0Hz处的振动模态为轨道结构的垂向Pinned-Pinned共振模态;车辆-轨道耦合模型动力分析发现,钢轨垂向振动加速度级在中心频率500Hz和1000Hz处幅值较高,分别为69.7dB和70.1dB,且上述中心频率所对应的三分之一倍频程带宽为轨道结构发生Pinned-Pinned共振的频率范围,因此分析认为该线路上的钢轨波磨为轨道结构Pinned-Pinned共振所致的响轨波磨;（3）不同轨枕间距和运营速度下的钢轨垂向振动加速度级变化趋势基本一致,且中心频率500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级幅值较高。随着轨枕间距和运营速度的变化,500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级变化趋势相同;通过改变轨枕间距和运营速度,可以使得钢轨垂向振动加速度级发生明显变化,说明适当的轨枕间距（700mm左右）和运营速度（80km/h左右）能够有效的控制响轨波磨的产生和发展。     

列车作用下青藏铁路路基动力响应试验

目的分析研究多年冻土区青藏铁路在列车动荷载作用下路基的稳定性及振动衰减规律.方法选取青藏铁路北麓河段三个典型试验断面,在春季进行了列车荷载作用下的路基动力响应现场试验,采集路基、边坡、道床3处振动数据,统计计算了青藏铁路客车与货车行驶时路基振动的最大和平均加速度幅值,对实测数据进行了功率谱分析.结果路基上货运和客运列车的竖向最大加速度分别为2.213 2 m/s2和2.000 4 m/s2,对应的平均加速度分别为0.149 5 m/s2和0.114 3 m/s2,道床上的振动明显减小.在T28次客运列车的作用下,对于断面Ⅲ,C3测点在振动频率为25 Hz、38 Hz、46 Hz,55 Hz出现峰值,能量集中在18~53 Hz.边坡C4测点振动能量集中在20~65 Hz,C5测点的优势频段为20~80 Hz.结论路基上货运列车的振动比客运列车振动大,同一断面竖向衰减速度大于横向,素土路基各方向衰减小于块石路基,下一测点加速度峰值大致减小为相邻上一测点的1/10.     

循环荷载作用下土质边坡动力响应分析

为研究土质边坡对循环荷载作用的动态响应规律,通过有限元对不同工况下土质边坡的振动响应进行模拟。结果表明,当循环荷载位置及加载频率一定时,边坡各测点竖向加速度、位移和速度响应峰值随循环荷载振幅增大而增大,且加速度和速度大致呈线性关系;各测点响应峰值随边坡高程变化而变化,测点离振源越近,动力响应越剧烈,响应增幅越大;当循环荷载位置及振幅一定时,边坡在1.5~2.5 Hz频段出现强响应,产生对其不利的共振现象;当循环荷载振幅及频率一定时,边坡的响应峰值随着荷载位置距坡肩距离(L)减小而增加,当L超过10 m后边坡振动响应变化幅度趋于不变。研究结果对认识循环荷载对土质边坡的影响及合理评价边坡工程环境振动具有重要的工程应用价值。     

风力发电机定子振动测试及响应分析

为了解决大型风力发电机组的振动和噪声问题,以某直驱型风力发电机为研究对象,使用加速度传感器对发电机定子在运行状态下的轴向加速度进行了测试。随后利用有限元软件建立等效模型,进行模态分析和响应分析,得到发电机定子的固有频率、振型和共振频率值,并将有限元仿真结果与测试结果进行分析。实测结果表明,在运行过程中,发电机定子在6点钟方向的轴向加速度远大于9点钟方向的轴向加速度,并且轴向加速度在发电机转速为9.5 r/min时达到峰值,模拟结果表明,发电机定子的响应频率为23 Hz,该频率为电机轴向加速度最大值相对应基频的3倍,并且在该频率下,发电机定子6点钟和9点钟方向的位移比值与实测加速度比值接近。该研究可为风力发电机的实际运行、振动测试和仿真模拟提供参考。     

基于模态扩展的变速器箱体振动识别及辐射噪声优化

提出一种基于模态扩展技术的变速器箱体振动识别方法.以某变速器为例,应用有限元方法计算出变速器箱体的模态频率和特征向量,通过试验测得箱体在运行工况下部分点的振动加速度,将振动加速度映射到有限元模型上,得到各阶模态的参与因子,依据模态参与因子与特征向量识别箱体有限元模型中所有节点的振动加速度.研究表明,识别出的加速度值与实测值的最大平均残差为9.7%,基于模态扩展技术的箱体振动识别方法有效.最后根据识别的加速度计算变速器箱体辐射声功率,确定了3个辐射声功率较大的区域并进行优化,优化后的变速器箱体辐射声功率最大下降1.8dB.     

振动力场作用下PP/CaCO3共混物的力学性能

为研究新型动态三螺杆挤出成型技术对制品力学性能的影响,以PP/CaCO3共混物作为研究对象,在振动频率0～60Hz、振幅0～250μm的范围内对三螺杆挤出机施加振动,制成试样后进行拉伸强度、冲击强度测试和扫描电镜观察,研究不同振动参数对共混物力学性能及断面形态结构的影响.结果表明:制品的力学性能对振动参数的响应存在一个最佳值;与没有引入振动(稳态)的挤出相比,振动频率为20Hz、振幅为225μm时,共混物的冲击强度提高了21.7%;振动频率为20Hz、振幅为145μm时,共混物的拉伸强度提高了10.4%.     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

摩擦阻尼器-拉索系统振动特性试验研究

为研究拉索摩擦阻尼器的减振效果,开展了附加摩擦阻尼器拉索的自由振动和强 迫振动特性试验. 首先进行铜-钢金属摩擦阻尼器模型的力学性能试验,得到螺栓扭矩与摩擦 力之间的关系. 然后进行摩擦阻尼器-拉索系统模型自由振动特性试验研究,由试验测得的自 由振动位移衰减曲线得到对数衰减率,分析得到对数衰减率随振幅的变化规律,并与现有理 论进行对比. 通过快速傅里叶变换和小波变换对自由振动加速度时程进行频谱分析和时频分 析得到模态频率变化情况 . 最后进行拉索-摩擦阻尼器系统的不同激振力-控制强迫振动试 验,通过扫频方式得到拉索振幅与激振频率的关系,研究摩擦阻尼器对拉索共振幅值的影响. 试验结果表明摩擦阻尼器可以有效地减小小幅与大幅激振力时强迫振动的共振幅值;两者相 比,摩擦阻尼器在大幅激振力作用下减振效果更显著.     

基于停机等待时间特征的隧道运输机械数量配置

隧道施工机械数量配置是否合理决定了机械群施工效率,直接影响了隧道施工进度。依托在建世界第一特长螺旋隧道——金家庄特长螺旋隧道,对现场出渣和湿喷工序中连续60组装载车与湿喷机的停机等待时间进行分析,阐明了装载车与湿喷机的停机等待时间特征,提出了隧道运输机械数量配置原则,建立了出渣和湿喷工序中运输机械配置数量和出渣总时间计算公式,并对机械配置数量进行计算分析。研究表明:出渣与湿喷作业时间与隧道累计进尺线性强相关,隧道累计进尺为影响作业时间的主导因素。基于运输距离强相关性与主导机械不停机等待两原则,建立了自卸汽车数量配置计算公式、出渣总时间计算公式和混凝土罐车数量增加的临界进尺计算公式,提出了数量配置合理性判断标准。     

滴流床反应器内典型流型的特征与实验确定

分析了滴流床反应器内４种典型流动型式的特征。针对滴流床反应器内流体流动的情况,应用了一种新的实验方法的检测４种典型的流型,从所测电导率的频谱特征上发现了各流型的特性区别：滴流、脉冲流和喷淋流流型电导率信号均有频率为３Ｈｚ左右幅度较大的频率成分,各流型间频谱主要区别在０－３Ｈｚ频域内;鼓泡流流型电导信号频率主要分布在０－３Ｈｚ内。     

右转圆曲线处避险车道流出角度与引道长度

采用UC-win Road 9.0驾驶仿真平台,对设置于右转圆曲线的紧急避险车道的流出角与引道阈值进行研究.选择方向调整时间、最小转向半径、方向盘转角幅值、方向盘转角频率4个指标对16名驾驶员驶入避险车道的数据进行回归分析,确定各指标与圆曲线半径的定量关系模型.随后,通过二阶聚类的方法缩小了流出角度与引道的设置范围.最后,考虑车辆的横向行驶稳定性,确定了避险车道的设置参数.建议将紧急避险车道设置于半径1 000m及以上的主线处,流出角0°~5°,引道6s设计行程.条件困难时,紧急避险车道可设置于半径600~1 000m的曲线处,流出角0°~5°,引道为9s设计行程,流出角5°~10°,引道为12s设计行程.     

一种实时移除MEMS陀螺仪噪声的精准航姿技术

MEMS-IMU包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，陀螺仪的噪声导致MEMS-IMU的航姿不精确，并由此导致外部加速度呈现较大的误差。针对该问题，提出一种实时移除陀螺仪噪声的技术：方向余弦矩阵的第3列和陀螺仪的偏置同时设为状态向量，用于在线获取陀螺仪的噪声；加速度计的外部加速度和测量噪声均被设为测量余量，以便于在任意运动轨迹时能测量重力向量。陀螺仪和加速度计的测量结果通过卡尔曼滤波器融合，前者估算状态向量，后者校准状态向量的误差。通过比较MEMS-IMU在任意伪静态时的航姿和外部加速度验证本技术的可行性，实验结果表明俯仰角、横滚角、航向角和外部加速度的最大误差分别为0.5°、0.2°、2°和0.2 m/s²，该结果远好于仅用陀螺仪的航姿误差和外部加速度误差。     

深海采矿扬矿管横向非线性振动响应分析

为了得出扬矿管横向振动规律,扬矿管系统属于大偏移、大变形的几何非线性问题,将扬矿管简化为梁单元,用有限元法进行离散,基于 直接积分法求解,得到横向振动运动规律。研究结果表明,在六级凤况下,扬矿管横向振动、速度和加速度响应均为简谐运动,在0-0.1 s内加速度做明显的低频减谐振荡衰减运动,且横向振动出现低频振荡现象,各周期内的最大振动幅值不相同;横向振动的幅值随着扬矿管深度的增加先增大后减小再增大,最大振动幅值出现在1 000 m处,其值为0.000407 m,最小振动幅值出现在2 000m处,其值为0.000041 m;速度和加速度与横向振动的运动规律相同,扬矿管在1 000 m处振动位移变化最快,其变化速度为0.00029 m/s,在2 000 m处振动位移变化最慢变化速度为0.000029 m/s。     

基于AVL Cruise的阿波斯拖拉机动力学仿真研究

为了寻找农用机械整车动力学特征分析的高效、可靠手段,消除整机性能试验研究的诸多弊端,本文采用了当前在道路车辆动力学分析中常用的仿真技术手段,即通过使用AVL公司旗下的一款整车性能分析软件Cruise搭建阿波斯拖拉机的整车模型,对拖拉机的动力性能和经济性能进行了仿真计算,并进行了试验验证。 在道路行驶条件下,对拖拉机的动力性能(最高车速、最大加速度、滑行距离)进行了计算分析;在农田工作条件下,对拖拉机特定工况下的燃油经济性进行了仿真计算。将各种条件下的仿真计算结果与实车试验进行了对比验证。得出以下结论：道路行驶条件下,采用H5档,试验测试得到的最高车速为40km/h,对应的仿真计算结果为40.54km/h,相对误差为1.35%;采用H5档位,0-40km/h加速时间的仿真结果为5.7s,对应的实测时间为5.5s,相对误差为3.6%;H5档的最大加速度的计算值为2.26m/s₂ ,道路试验所测得的H5档最大加速度为2.22 m/s₂;道路滑行以20km/h的初速度滑行距离,仿真计算的结果为54m,对应的实测距离为53m;农田工作条件下,耕地深度22.5cm时,0-6km/h加速试验的实际测量距离和时间为8.2m和6.7s,对应的仿真计算结果为8m和6.5s;以L2档位,8km/h工作时测得的实际油耗为17.2L/h,对应的仿真计算油耗为17L/h。通过试验的验证,搭建的阿波斯拖拉机的仿真计算模型是合理的,计算精度符合要求,能够作为拖拉机整机开发的重要辅助手段。     

含区间铰间隙柔性机械臂控制精度分析

为了分析大变形、间隙碰撞和不确定性对机械臂动力学特性和控制精度的影响,提出了含区间铰间隙的柔性机械臂动力学建模方法和该动力学模型的求解方法.模型中采用绝对节点坐标法对柔性部件进行动力学建模,采用混合碰撞力模型和Ambrósio摩擦力模型建立关节铰间隙,并且采用区间变量描述间隙尺寸和部件杨氏模量.通过数值仿真分析表明:部件柔性和间隙会显著地影响机械臂动力学特性和控制精度,而且随着部件弹性模量减小、间隙尺寸增大,影响将更加显著;考虑不确定性时,机械臂的控制精度将降低,而且参数不确定性会显著影响该机械臂的动力学特性.     

隧道爆破作用下邻近输油管道安全距离

为了避免隧道爆破施工时邻近地表及地下输油管道受到爆破振动造成的不良影响,需确保爆破施工工作面与输油管道保持一定安全距离。基于青岛胶州湾第二海底隧道黄岛端斜井工程,通过对斜井一期工程隧道爆破施工引起的地表振动进行监测,研究了工作面前方地表振速的衰减规律,并采用Hilbert-Huang变换及小波包分析了爆破振动频域特征。结果表明：在距工作面0～40 m的高振速区范围内,振速呈现震荡变化,峰值合振速出现在距工作面一定距离的地表区域,而在高振速区之外部分呈指数衰减趋势;爆破振动的频域分布主要集中在0～200 Hz的低频区域,50 Hz左右为其最集中区域,瞬时能量峰值出现在0～1 s内,其中在0～25 Hz范围内能量占比最高为13.41%,与输油管道自振频率范围存在部分重叠。同时,引入萨道夫斯基修正公式并拟合出适用于本工程条件下的振速预测公式模型,从法律规范、工程实践及抗震能力3个方面考虑提出输油管道安全振速为1 cm/s,计算得到50 m范围内最大单段齐爆药量和安全距离之间的关系,为后续斜井二期工程下穿输油管道区域时的爆破方案优化提供参考。