基于复阻尼模型的改进时域计算方法

针对复阻尼运动方程自由振动解中存在发散项,导致其不可计算结构自由振动响应,同时基于复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛的问题,在复阻尼模型的基础上,利用时频域转换得到改进时域运动方程;引入地震加速度在时间步长内是线性变化的假定,利用改进时域运动方程的特点,提出地震作用下基于复阻尼模型的改进时域计算方法.算例分析表明:相比复阻尼模型的时域运动方程,改进的时域方程可适用于结构自由振动响应的时域计算,且计算得到的地震作用下结构动力响应是稳定收敛的;相比基于改进时域运动方程的傅里叶级数法,本文提出的改进时域计算方法计算量更少,计算效率更高.随着阻尼比的增大,复阻尼模型的改进时域方法和黏性阻尼模型的时域方法计算结果差异逐渐增大.当结构阻尼比为0.5时,在部分地震波作用下两种方法计算得到的加速度峰值相对误差可达到20%以上.     

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.     

隔震结构动力时程响应的一种工程实用算法

对非比例阻尼体系动力响应的时域一般解答做了简介,分析了非比例阻尼隔震体系在阻尼耦联及频域响应方面的特点,提出了任意多自由度体系时域动力响应的一种工程实用算法.并通过实际隔震工程算例的结果对比,表明本文算法与复振型分解法、双精度Fortran下的Wilson θ法及Matlab下的Simulink这3种方法几种算法的时程曲线完全重合.     

滞后阻尼在土层时域分析中的应用

采用滞后阻尼假定 ,分别应用时域和频域分析方法对土层的地震反应进行计算 .在简谐波和地震波激励作用下 ,通过比较时域和频域的计算结果 ,探讨了在土层时域分析中 ,如何由滞后阻尼系数形成阻尼矩阵的问题 .利用实际地震波的分析结果 ,进行回归分析 ,得到一个阻尼系数转换频率取值的经验公式 ,从而为利用滞后阻尼系数在时域中进行土层地震反应分析提供依据     

基于复阻尼模型等效的黏性阻尼模型时域计算方法

复阻尼模型的阻尼矩阵构造容易,仅依赖于材料损耗因子和结构刚度矩阵,但具有时域发散、非因果性等缺陷.从结构的固有特征恒定出发,推导了材料损耗因子与结构阻尼比的等效关系,进而得到与复阻尼模型等效的黏性阻尼模型.该阻尼模型不仅克服了复阻尼模型的缺陷,同时保留了复阻尼模型直接依赖材料损耗因子的便捷性.针对比例阻尼体系,依据材料损耗因子和结构振型阻尼比的关系,提出了基于复阻尼模型等效的黏性阻尼模型实振型叠加法.针对非比例阻尼体系,依据材料损耗因子和子结构振型阻尼比的关系,借助分块Rayleigh阻尼和状态空间法,提出了基于复阻尼模型等效的黏性阻尼模型复振型叠加法.通过算例分析验证了本文方法的可行性和正确性.     

隔震结构动力时程响应工程算法的精度对比

基于隔震系统对非比例阻尼动力响应的解偶效应,提出了可以计算任意多自由度体系时域动力响应的工程实用算法.引入一个实际隔震工程作为算例,在输入两种不同的地震波时,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、双精度Fortran下的Wilson θ法及Matlab下的Simulink这三种方法的位移、速度和加速度时程曲线进行了对比,并分析了峰值响应误差.结果表明,本文算法与其它几种算法的时程曲线完全重合,当隔震阻尼比取值为设计阻尼水准时,具有良好的精度.     

单自由度复阻尼耗能减震结构的等效系统研究

为了克服复阻尼耗能减震结构运动方程在时域求解时不能保证计算结果稳定收敛的缺陷,研究了此类结构的新型等效系统。首先,依据耗能减震结构的振动响应特性可通过其自振特性确定的性质,重构复阻尼耗能减震结构的基本分析方程,然后根据结构阻尼损耗因子为小量的特性,利用多尺度方法获得了单自由度复阻尼耗能减震结构的等效频率和等效阻尼比。经过对比分析表明,对于工程中常见的单自由度复阻尼耗能减震结构,即结构阻尼损耗因子小于0.4的情况下,该等效系统的误差可控制在2%以内,精度明显优于经典模态应变能法。算例表明该等效系统在地震激励作用下的动力响应计算结果稳定收敛。     

单自由度体系地震能量反应的计算

在地震中，结构吸收地震波输入的能量，并以阻尼耗能和滞回耗能的形式消耗能量。通过结构弹塑性地震反应分析的时程分析法，可以计算出结构地震总输入能及结构阻尼耗能和滞回耗能的时程曲线。这些曲线可以为结构抗震分析提供依据。简要介绍了计算单自由度体系弹塑性地震能量反应的基本过程，并以算例说明。     

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性(EPP)、双线性(BL)和刚度退化(SD)滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

基于振动能量耗散的间隔阻尼层式支重轮缓冲特性分析

基于履带式工程车辆间隔阻尼层式支重轮振动能量的耗散,对支重轮的减振缓冲特性开展研究,建立其振动能量耗散模型.以310kW履带式推土机为应用对象,在3种典型工况下,建立间隔阻尼层式(阻尼层未间断)支重轮1/3实体有限元耗散模型.经计算发现,间隔层与约束层粘接处和1/3阻尼层端面处的应力与耗散能均较大,易导致"热软化".采用约束层和阻尼层均间断的方式对支重轮结构进行改进,经计算表明改进后的支重轮总耗散能增大,其减振缓冲性能提高;且其应力与耗散能整体均匀对称分布,降低了"热软化"发生概率.     

地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算

针对地铁二系垂向悬挂系统的阻尼匹配问题,提出了一种悬挂系统最佳阻尼比的解析计算方法.基于国内外几种典型轨道谱分析,利用曲线拟合方法构建适用于车辆运行平稳性理论分析的轨道高低不平顺输入模型;根据1/4车体3自由度垂向振动模型,以车体振动加速度的均方值最小为目标,利用随机振动理论和留数定理建立了地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算模型,并通过实例计算及仿真加以验证.结果表明,阻尼比的解析计算值与仿真值的最大相对误差仅为2.55%,从而验证了所建立的地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比解析计算模型的正确性.     

考虑随机效应的人行激励反应谱分析

人行荷载受到步频、步长、行人自重、各阶谐分量动载系数和相位等参数随机性影响而具有显著的随机性,这导致其荷载反应谱的随机性.本文给出了考虑到上述随机因素的反应谱,并且引入以均匀试验为基础的反应谱计算方法解决计算工作量的问题.按照均匀试验构造代表性人行荷载时程的随机样本,在各个跨度、阻尼比的梁式结构上进行时程分析,获得反应谱曲线,在此基础上运用响应面和可靠度分析得到了具有指定保证率的峰值加速度谱,并进行了频率、阻尼比和跨度等因素的敏感性分析,给出了最大加速度谱的一般计算式.     

硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的建立

由于无法有效确定硬涂层阻尼占整个系统阻尼的份额,致使创建硬涂层复合结构减振机理分析模型变得非常困难.从分离硬涂层的阻尼贡献出发,研究了创建硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的方法.首先,对涂层前后的悬臂梁系统进行了减振特性实验,获得了固有频率、阻尼比和振动响应.然后,在对涂层前后悬臂梁系统储能及耗能分析的基础上,确定了获取硬涂层材料阻尼贡献的方法.最后,基于Oberst梁理论,创建了同时考虑材料阻尼和等效黏性阻尼的悬臂梁系统减振机理分析模型,并校验了分析模型的正确性.结果表明:利用分离出的硬涂层材料阻尼以及涂层前测试获得的阻尼,可创建用于模拟实际涂层梁系统动力学特性的解析分析模型.     

液压震击动力学分析及震击力计算

震击器被广泛用于解决钻井过程中的卡钻事故。准确计算震击器的震击载荷对作业中施工参数的选取、震击器安放位置及钻具组合设计具有重要的意义。传统液压震击器动载荷计算方法中,未考虑阻尼力对震击过程的影响。实际震击作业过程中,由于井筒不规则性及钻柱在井筒中偏心对钻柱造成的摩擦阻力、钻井液对钻柱运动产生的黏滞阻力,使钻柱上提加速过程呈有阻尼振动特性。针对这一问题,建立了钻柱阻尼振动力学模型,进行震击加速过程的整体动力学分析,推导出纵向加速过程的位移及速度方程,计算出震击碰撞前钻柱上行最大速度。采用能量守恒定理及动量守恒定理,推导出作用于钻柱卡点处的震击力计算方法,计算模型更接近震击作业中钻柱的实际受力情况。     

自调频调谐质量阻尼器及其减振性能试验

为了改善调谐质量阻尼器(TMD)对频率调谐敏感和使用过程中TMD的频率难以调节的缺陷,利用可调节质量的箱体代替TMD的质量块,并附加上伺服控制系统和驱动装置,即为自调频TMD.在特定的外界激励作用下,伺服控制系统能够自发地启动驱动装置改变TMD的质量,调节TMD频率至控制结构频率附近.通过对比自振频率偏离TMD频率的单自由度简支桥梁模型,在TMD启动变频率调节前、后两种情况下的自由振动和受迫振动,以等效阻尼比、加速度峰值和均方根值等作为评价指标,测试了该自调频TMD对原TMD的改良效果.结果表明:变频率调节有较好的收敛性,且相比启动变频率调节前,启动后能提高模型结构的等效阻尼比;多种人行荷载工况下,相比启动变频率调节前,启动后均能提高减振率.     

高耸机场塔台结构地震反应的高振型影响分析

以顶部带有2层钢框架的北京机场控制塔台的振动台试验模型为计算对象，采用基于振型叠加的结构地震响应时程分析法，计算了该高耸塔台模型在地震作用下各个振型的时程反应．计算中采用了Rayleigh阻尼，由于结构是钢一钢筋混凝土结构，振型阻尼比不易确定，在本次计算中振型阻尼比取振动台试验测出的第1阶和第2阶振型阻尼比．结果表明高振型对塔台结构的最大位移的影响不大，但高阶振型对塔台结构地震剪力的影响却不容忽视．将计算结果与试验值进行了对比分析，验证了所得结论的正确性．     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

Experimental study on barrel viscous dampers and pipe hoops in pipeline vibration reduction

The centrifugal air compressor outlet pipeline vibration was not decreased after barrel viscous dampers were installed in a petrochemical plant in Tianjin.A pipeline-damper experiment apparatus was built for studying the influence factors of the barrel viscous damper and pipe hoop in pipeline vibration reduction.The performance of the damper under different frequency and amplitude was researched respectively,the results showed that damping effect dependsed mainly on frequency and was not related to amplitude.Damper will fail when its vibration frequency exceeds its limit working frequency which was 40Hz in test.The mechanical properties and energy dissipation were analyzed by using the Maxwell model,which explains experimental results well.According to damping effect and calculation of stiffness with ANSYS in different hoop width,hoop stiffness should match pipe stiffness and keep uniform along transfer path.Damping effect will get worse when local stiffness is too small or too large.Finally,the outlet pipeline vibration was decreased by 70% after using appropriate pipe hoop width and replacing the original damping liquid.     

利用MRD实现并联机床振动控制的研究

为解决并联机床实际结构动态特性差的弱点,将并联机床简化成黏性阻尼动力学模型,根据振动理论,分析了改变阻尼减小振动的机理.只有在外激励输入频率与结构固有频率的比值超过某一比值时,采用变阻尼控制才有可能同时取得位移峰值和加速度峰值的减少,取得减振控制效果.探讨了半主动控制提高并联机床的动刚度原理,提出采用磁流变液阻尼器作为减振器,提高其动态特性的方法.根据磁流变体的宾汉塑性模型,结合并联机床的特点,设计和制作了并联机床磁流变减振器虎克铰.     

双圆柱形浮体波能装置双自由度响应及转换效率分析

大部分波能装置是通过载体的振动吸收波浪能,双圆柱形浮体是其中一类波能装置,研究双浮体波能装置的振动特性对于设计及提高波能装置整体转换效率具有重要的指导作用.本文把双浮体波能装置物理问题简化为具有黏性阻尼二自由度的受迫振动系统,采用线性波理论和特征函数展开匹配法求解了波浪引起的激励力、附加质量和阻尼系数,基于振荡浮体的双自由度运动方程推导了波能装置的响应和转换效率表达式,并给出了优化原则.数值分析表明阻尼优化曲线有一波峰部分同弹簧无关,峰值的大小和对应的频率只同工况有关;当弹簧存在时,优化曲线呈现双峰值,双峰值对应的频率宽度随弹性系数的增大而变窄;低频段峰值对应阻尼较小,相对响应较大,高频段优化峰值对应相当大的阻尼,相对响应较小,几乎小于入射波波幅.