H型桥梁断面颤振后能量图谱

利用同济大学自主研发的三自由度随机强迫振动装置,实现了大扭转振幅下桥梁气动力高精度测量,分析了自激力随折减风速和振幅变化的能量演变效应,描述了可预测颤振分岔的能量图谱,提出了一种基于能量演变的桥梁主梁断面颤振后研究策略.以旧塔科马大桥H型主梁断面为例,分析了颤振后形态及其机理,并反演了旧塔科马大桥风毁失稳路径及其可能发展路径.研究发现,桥梁结构颤振响应取决于结构阻尼比、结构刚度及来流风速之间的竞争关系.推荐研究策略可以精确量化主梁颤振及颤振后响应幅值、来流风速和阻尼比依赖关系,并基于能量视角解释了桥梁颤振分岔失稳路径的发展模式,澄清了气动力非线性和结构扭转阻尼比演变对旧塔科马大桥颤振后极限环振动形态的影响机制.     

磁致伸缩薄膜-基底悬臂梁微致动器的设计与优化

从最基本的力学平衡方程出发获得了适应于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加点荷载的磁膜-基底悬臂梁系统弯曲问题的严格解, 针对材料的几何参数和物理参数着重分析研究了构成微致动器悬臂梁的设计与优化问题, 给出了微致动器应用的最佳条件, 并澄清了一些理论问题. 结果表明: 当基底厚度固定时, 磁膜和基底厚度之比越大, 悬臂梁的带载能力越强, 即输出力越大; 而当悬臂梁整体厚度固定时, 其自由端的输出力将出现唯一的极大值, 此极大值随着材料强度比的增加将减小, 同时相应的厚度比将减小. 无论是基底的还是整体的厚度固定, 悬臂梁中两种材料的Poisson比对其自由端输出力的影响都很大, 不可忽略.     

沉箱式防波堤振动-滑移-提离摇摆耦合运动模型及动力设计方法

振动、滑移和提离摇摆是动力荷载作用下沉箱式防波堤的3种基本运动形式, 建立了沉箱式防波堤振动-滑移-提离摇摆耦合运动的动力模型和数值模拟方法, 对近破波冲击作用下沉箱式防波堤的运动过程进行了数值模拟, 计算了振动模型、振动-滑移运动模型、振动-提离摇摆运动模型和振动-滑移-提离摇摆耦合运动模型下沉箱的位移、转角、滑移力和倾覆力矩的响应时程, 研究了沉箱运动模型对防波堤运动特性和稳定性的影响, 分析了近破波冲击作用下允许沉箱式防波堤出现滑移和提离摇摆运动的动力设计概念的可行性.     

青藏铁路块石夹层路基结构的冷却作用机理

为研究块石夹层路基结构的冷却作用机理, 建立了开放和封闭状态下块石夹层路基结构试验段, 获得了一个冻融循环的监测资料. 研究结果表明, 开放状态下冬半年块石层内温度场主要表现为强迫对流效应; 当风速减小时, 靠近坡脚处块石层内能产生微弱的空气对流效应; 夏半年块石层以热传导过程为主. 封闭状态下, 由于阻断了风的影响, 块石层内强迫对流效应减弱, 全年基本以热传导过程为主. 块石夹层路基结构对路基下部土体产生的冷却作用机理主要为强迫对流效应加微弱的空气自由对流效应, 其过程和冷却作用强度主要与风速和风向有关. 由于冷却作用机理的差异, 开放和封闭状态块石层对路基下部土体的冷却作用要相差2~4℃.     

考虑压-弯-剪共同作用的退化桥墩抗震性能及地震易损性分析

服役中的桥梁往往处于氯离子侵蚀的恶劣环境,钢筋混凝土(RC)桥墩作为主要耗能构件,在受氯离子侵蚀后钢筋会发生锈蚀劣化,导致桥墩的抗侧向能力发生退化,进而使其抗震性能衰减.准确建立压-弯-剪共同作用(AFSI)的锈蚀RC桥墩数值模型,是实现桥梁全寿命抗震评估的前提.本文首先基于修正压力场理论(MCFT)和纤维截面模型以及锈蚀理论建立了考虑AFSI的退化桥墩模拟方法.然后,以AFSI数值模型为基础,对一座中等跨径RC桥梁的桥墩进行了全寿命周期的抗震能力分析.最后,建立了算例桥梁的有限元模型,进行地震易损性分析,并研究了剪切作用对桥墩损伤概率的影响.研究结果表明,本文提出的AFSI模拟方法可有效对锈蚀RC桥墩进行模拟;在桥梁全寿命周期内,桥墩的抗侧向能力和耗能能力发生退化;锈蚀作用提高了桥墩在地震作用下的损伤概率,不考虑剪切作用将高估桥墩的抗震性能,低估桥墩的损伤概率,该特征在强震和锈蚀程度较高的情况下越发显著.     

冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统动力特性研究

应用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅢ型板式轨道-路基动力分析模型,计算了在落轴冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统的动力响应,并将仿真计算结果与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性.在此基础上,研究了扣件刚度、路基基床弹性模量、自密实混凝土弹性模量以及长期服役状态下混凝土弹性模量的降低对轨道-路基系统动力特性的影响规律.结果表明:扣件刚度对各部件振动加速度影响较大,路基基床弹性模量对其影响较小;轨道结构在服役过程中混凝土弹性模量的降低会引起轨道板加速度有较大的增幅,应引起重视.     

桥梁健康监测海量数据分析与评估——“结构健康监测”研究进展

详细介绍了国家杰出青年科学基金项目＂结构健康监测＂（项目号：50725828）研究进展.该项目针对桥梁环境荷载和静动力响应等海量监测数据的处理分析与评估迫切需求,并紧密结合大跨斜拉桥和悬索桥的结构特点,系统地研究了大跨斜拉、悬索桥梁服役环境作用监测与效应模拟技术、动力性能监控与异常预警技术以及关键构件状态评估与运营维护技术.主要包括：①基于温度、日常风和台风监测数据提出了大跨桥梁服役环境作用模型与模型参数确定方法,并结合大跨桥梁多尺度基准有限元模拟方法研究了桥梁服役荷载效应模拟技术;②基于振动监测数据建立了大跨桥梁整体动力特性参数以及斜拉桥拉索索力、悬索桥主缆和吊杆内力的在线识别方法,形成了＂环境条件归一化＂的桥梁运营状态监控与异常预警技术;③基于应变、梁端位移等监测数据开展了服役环境下钢箱梁焊接细节疲劳荷载效应、主梁伸缩缝的温度和车载效应分析方法研究,形成了桥梁关键构件服役性能监控和寿命评估技术.     

高速铁路无砟轨道疲劳检算轮载的动力学分析

应用列车-线路耦合动力学理论及仿真软件,分析了高速运营线路轮轨系统动力学响应并与实测结果进行了验证.在此基础上,采用我国典型高速车辆及无砟轨道结构,系统分析了高速铁路无砟轨道不平顺谱对轮轨动作用力大小及统计特性的影响规律.结果表明,列车-线路耦合动力学方法可以比较准确地模拟高速行车条件下轮轨动力相互作用,取百分位数75的无砟轨道谱作为激励输入可用于评估轮轨系统动力相互作用及高速行车安全性和舒适性,高速铁路无砟轨道结构的疲劳检算取为静轮重的1.5倍是合理的.     

山区桥梁桥址区风特性及抗风关键技术

山区地形复杂多变,并且不同特征地形间存在相互的气动干扰,使得山区复杂地形地貌桥址区的风场变得异常复杂,这给山区大跨度桥梁抗风带来了巨大的挑战.本文以典型山区桥址区为背景,通过现场实测明确了山区桥址区风特性的特点,从历史统计资料、数值风洞模拟、现场实测等方面讨论了山区桥梁设计风速标准确定方法,分析了山区桥梁在非均匀来流和非平稳来流下的颤振性能,并讨论了大风攻角下几种优化措施对结构颤振性能的影响.研究表明,山区风场异常复杂,与常规平原地区相比有明显不同,需要通过多种途径确定其复合风速标准;山区非均匀、大风攻角和非平稳来流对桥梁的颤振性能影响明显.     

激励-传播-感知全路径楼盖人致振动舒适度评估

结构响应的加速度峰值是评价振动舒适度的常用指标,事实上人作为评判是否舒适的唯一感知体,而以结构的响应来评判人的舒适性则不够全面.为了全面评估楼盖的振动舒适度,提出基于激励-传播-感知全路径的人致振动舒适度评估框架,建立激励-传播-感知耦合振动控制方程,控制方程是与时间相关含Dirac函数的偏微分方程,用微分求积-积分求积(DQ-IQ)混合法进行处理,进而用Newmark法即可得到楼盖和感知者的加速度响应,并以概率的方式对结构的振动舒适度进行评估.以CFS(冷弯薄壁型钢)组合楼盖为例进行分析,分别用振型叠加法和DQ-IQ混合法计算当行人以不同步频通过楼盖时楼盖与感知者的加速度响应,对比两种方法的计算结果,验证DQ-IQ法的准确性.当行人以慢速、中速和快速步频通过楼盖时,可得到相应步频下楼盖和感知者特定的加速度峰值对应的概率值以及小于或等于某个特定加速度峰值累计概率值.假定感知者和结构具有相同的舒适度限值,以加速度峰值在小于等于0.05 m/s2的累计概率值作为参考,将同等累计概率值所对应的感知者的加速度峰值与楼盖加速度峰值进行对比.结果表明,增加楼盖阻尼比可提高舒适度概率;在同等条件下,感知者的加速度峰值大于楼板的加速度峰值,舒适度概率前者小于后者,故在评估振动舒适度时,很有必要将感知者的加速度峰值也作为舒适度评价的参考依据.     

基于一元线性回归由风速传感器测量值推导巷道平均风速

通过试验数据建立了风速传感器的测量值与平均风速之间的一元线性回归方程，并对拟合效果进行了评价。对参数的判断表明该方程是有效的，可以近似地把风速传感器的测量值转换成平均风速值，并在相同的巷道长度、相同的风流速度、不同断面下用Comsol模拟了风速流场分布情况。     

高速铁路钢轨焊接区不平顺的动力效应及其安全限值研究

应用车辆–轨道耦合动力学理论及其仿真分析软件TTISIM,研究了钢轨焊接区低塌不平顺对轮轨动力响应的影响特征,分析了高速行车条件下典型焊接区低塌不平顺波长和幅值对轮轨动力响应的影响规律,在此基础上,提出了高速铁路钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值.分析结果表明:钢轨焊接区不平顺会导致明显的轮轨冲击效应,且该冲击作用由短波不平顺所控制;高速行车条件下,轮轨动力响应随着焊接区不平顺波长的增大而减小,随行车速度和不平顺幅值的增大而增大,其中,轮重减载率指标受不平顺波长和幅值的影响更为显著,为钢轨焊接区不平顺作用下行车安全性的首要控制指标;高速行车条件下,钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值随行车速度的增大而减小,随不平顺波长的增大而增大,叠合形不平顺幅值的安全限值受短波不平顺(波长小于0.2 m)波长和幅值的影响较大;在200~250 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.82 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.3 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.2 mm,叠合形不平顺幅值总的安全限值最大为0.5 mm;在250~350 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.62 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.2 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.14 mm,钢轨焊接区叠合形低塌不平顺幅值总的安全限值最大为0.34 mm.研究结果可为高速铁路钢轨顶面焊接区不平顺的养护维修管理提供理论参考.     

Wind power prediction based on wind speed forecast using hidden Markov model

This study examines a new approach for short-term wind speed and power forecasting based on the mixture of Gaussian hidden Markov models (MoG-HMMs). The proposed approach focuses on the characteristics of wind speed and power in the consecutive hours of previous days. The proposed method is carried out in two steps. In the first step, for the hourly prediction of wind speed, several wind speed features are employed in MoG-HMM, and in the second step, the results obtained from the first step along with their characteristics and wind power features are used to predict wind power estimation. To increase the prediction accuracy, the data used in each step are classified, and then for each class, one HMM with its specific parameters is used. The performance of the proposed approach is examined using real NREL data. The results show that the proposed method is more precise than other examined methods.     

悬索桥几何非线性及主缆受力分析

利用离散、节点平衡求解、系统平衡协调迭代的方法求得具有确定长度的缆索在荷载作用下的曲线形式，详细分析了缆索在荷载作用下的挠度及变形。然后将悬索桥分为两大子结构，即主缆柔性结构，及加劲梁、塔柱等劲性结构。在两大子结构间的耦合点建立平衡方程，进行直接迭代求解。文中并对目前较为常用的结构几何非线性求解法进行了深入的探讨。通过算例证明本文方法不仅计算简单，迭代自由度少，而且计算结果完全可以与精确解媲美，完全克服了非线性方程求解中解的飘移现象。     

轨道不平顺条件下板式轨道动力分析

国内外对于有碴轨道的动力学研究已比较成熟，己经步入轮轨相互作用的系统动力学研究阶段。无碴轨道结构作为近几年发展起来的新型轨道结构，对于它的设计和研究仍限于静力学分析和一些简化的动力学分析，对于无碴轨道和高速车辆的系统动力学研究还比较少，本文运用通用有限元计算软件ANSYS，建立土质路基板式轨道系统非线性力学模型并施加列车移动载荷，分析在不同波深轨道竖向谐波不平顺工况下，板式轨道各部分，轨道板、CA砂浆、混凝土基座及基床的竖向沉降、竖向振动加速度及横向、纵向与竖向的三向应力状况及时程曲线。     

一种面向下垫面不均一的森林碳通量监测方法

特定时刻内通量塔观测结果只能代表其上风向下垫面贡献区域的CO2通量值,当下垫面不均一时,通量塔观测结果是不能真实反映观测区域实际碳通量的.如何将通量观测塔的空间代表性进行有效的由点到面的扩展,亟需一种能够对观测区域采取多点同步精确观测的可行方法.完全的利用现有的无线传感器网络(WSN)技术虽然具有实时多点同步观测的优势,但精度不能满足通量观测的要求.本研究将利用通量塔观测数据对无线传感器接收数据进行校正,通过校正后数据计算观测区域内的通量值,力求解决下垫面不均一时通量塔观测结果不具代表性的问题.根据涡度相关技术和FSAM模型(fux-source area model),采用仿真数据分析方法,研究结果表明通过通量塔观测数据对WSN进行校正能够提高WSN观测精度;利用WSN多点同步监测的优势能够很好地解决下垫面不均一情景下通量塔观测结果不具代表性的问题.WSN结合通量塔进行陆地生态系统碳通量观测上具有很大的应用前景.     

带式输送机侧向稳定性的建模仿真

针对实际工况中大型带式输送机的跑偏问题，建立了带式输送机侧向动力学模型，其特点是综合考虑了带的粘弹性、带和物料重力的复位力和调心托辊的纠偏力。利用VC＋＋6．0对系统的状态方程编程求近似解，并对实际系统进行仿真，绘出二维图形显示动态参数值，得出了最大跑偏量，使结果直观，也证明了动力学模型的正确性。     

基于异步感应发电机的风电场中桨距角控制研究

为了研究基于异步感应发电机的风电场对电力系统稳定性的影响,建立了异步感应电机发电机小信号模型;并通过对异步感应电机状态方程的线性化,分析异步感应发电机对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响；提出了改进的桨距角控制系统；并将发电机转速偏差信号引入桨距角控制系统.通过对系统进行特征根分析和时域仿真来验证其有效性.结果表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼、提高系统动态稳定性.     

高速铁路无砟轨道不平顺谱

研究提出了我国高速铁路无砟轨道不平顺谱的计算方法、轨道不平顺谱拟合公式及轨道不平顺谱图.为提高轨道不平顺谱的计算精度,研究提出了基于线性插值和小波分析方法的轨道不平顺检测数据异常值和趋势向剔除算法.同时通过不同窗函数长度、不同窗函数和不同谱估计方法的轨道不平顺谱计算对比分析,确定了轨道不平顺谱的计算方法.利用高速综合检测列车检测数据计算确定了高速铁路无砟轨道不平顺谱及其拟合公式,并引入倍频能量表反映高速铁路无砟轨道周期结构的影响.由轨道不平顺谱拟合公式与倍频能量表共同构成的高速铁路无砟轨道不平顺谱,为高速铁路设计、评估和养护维修等提供了依据.