路面随机激励下康复机器人轮椅的抑振解析

为了有效抑制随机路面激励下康复机器人轮椅的振动,提出了一种抑制参数解析优化方法.将康复机器人轮椅的坐垫及轮胎视为具有刚度和阻尼的减振元件,建立了人体-机器人轮椅垂向振动模型;以路面不平顺随机激励作为振动模型的典型输入,推导了人体振动加速度频响函数及方均根响应解析式,并提出了振动响应系数,进而揭示了轮胎减振系统阻尼比及坐垫减振系统阻尼比对频响函数及响应系数的影响规律;基于响应系数,创建了人体-机器人轮椅抑振参数的解析优化模型.结果表明,通过解析优化模型所得坐垫及轮胎最优阻尼与数值模拟优化结果的相对偏差分别为0.3%和0.6%.模型的正确性通过实例优化及数值模拟得到了验证.     

基于遗传算法的桩基损伤诊断研究

以单元刚度折减系数作为待识别参数,把频率和振型作为目标函数,运用遗传算法对折减系数进行计算,并通过实例运算验证了其对桩基损伤识别的有效性.     

桩-承台竖向强迫振动试验和分析

采用横观各向同性 (TI)层状弹性模型来模拟半空间上的层状场地 ,计算中忽略土体水平位移对竖向位移的影响 .用常系数阻尼器代替半空间 ,以吸收上部场地传至下边界的振动能量 .利用薄层元素法和子结构法建立运动方程 .在推导过程中 ,先利用格林公式算得自由场地刚度矩阵 ,再与桩单元刚度矩阵拼装得到桩的竖向总刚度矩阵 ,在此基础上推出单桩 -承台及双桩 -承台体系在垂直简谐荷载作用下的阻抗函数 ,其中双桩的阻抗函数考虑了桩 -土 -桩的动力相互作用的影响 .利用牛顿第二定律推导出这 2种体系在竖向强迫振动下的响应公式 .利用某次桩基动力试验所得的土参数和激振器数据 ,分别计算出这 2种体系的第一共振频率及频响曲线 ,并将计算结果与试验结果进行比较 .     

局部非线性振动系统参数识别的空间法

研究了具有平方非线性刚度和平方非线性阻尼的两自由度局部非线性振动系统,提出了一种参数识别局部非线性振动系统模型的空间法．该方法有效地利用模型的时间函数、频率函数和空间参数,使参数识别更为准确．利用该方法对非线性频响函数进行估计,并利用了最小二乘法对模型的非线性刚度系数和非线性阻尼系数进行了优化．     

混凝土梁桥动力特性对耐久性指标的灵敏度

根据简支梁的振动频率和振型函数,建立了基于监测信息条件下的可靠度功能函数.采用可靠性的灵敏度分析方法,研究材料参数和截面几何参数对混凝土梁桥振动频率的影响.理论分析表明,振动频率对钢筋弹性模量的灵敏度低于对混凝土弹性模量的灵敏度,对混凝土截面惯性矩的灵敏度低于对钢筋截面惯性矩的灵敏度.算例表明,振动频率对钢筋腐蚀的灵敏度高于对跨中损伤的灵敏度;当钢筋腐蚀程度和跨中损伤程度分别为5%,10%,15%和20%时,钢筋腐蚀引起的1阶振动频率变化率是跨中损伤引起的1阶振动频率变化率的1.94,1.85,1.80和1.74倍.     

混凝土梁桥动力特性对耐久性指标的灵敏度

<正>根据简支梁的振动频率和振型函数,建立了基于监测信息条件下的可靠度功能函数.采用可靠性的灵敏度分析方法,研究材料参数和截面几何参数对混凝土梁桥振动频率的影响.理论分析表明,振动频率对钢筋弹性模量的灵敏度低于对混凝土弹性模量的灵敏度,对混凝土截面惯性矩的灵敏度低于对钢筋截面惯性矩的灵敏度.算例表明,振动频率对钢筋腐蚀的灵敏度高于对跨中损伤的灵敏度;当钢筋腐蚀程度和跨中损伤程度分别为5%,10%,15%和20%时,钢筋腐蚀引起的1阶振动频率变化率是跨中损伤引起的1阶振动频率变化率的1.94,1.85,1.80和1.74倍.     

内置悬置轮毂电机驱动系统参数灵敏度分析

轮毂电机驱动电动汽车将电机、轮毂、减速机构等集成于车轮内,这种高度集成不仅会造成非簧载质量的增加,路面激励引起的轮毂电机气隙不均匀还将导致电磁振动激励的进一步恶化.针对上述问题,基于笔者前期提出的一种新型内置悬置系统的电动轮拓扑结构方案,文中建立了新型电动轮车辆振动模型,推导出了多质量系统车身加速度、车轮相对动载、悬架动挠度及定转子相对位移等车辆平顺性指标对路面不平度速度输入的频响函数,通过车辆平顺性指标对电机质量、定转子质量比、轴承刚度、悬置元件刚度等重要结构参数的灵敏度分析,了解系统参数对各平顺性指标的影响.结果表明:悬置元件的阻尼对车身振动加速度和悬架动行程影响最大,其灵敏度分别达到10.33和10.21;定转子相对位移对轮毂轴承刚度最为敏感,其敏感度达到12.07;轮胎动载则对电机总质量最为敏感,其敏感度达到10.49;上述各参数中,电机定转子质量比对各振动响应量的影响均较小.     

深水立管涡激振动单模态响应时频联合预报模型

利用基于圆柱体的受迫振荡试验数据提出的流体力模型,依据VIVANA的频域方法识别主导响应频率并建立升力和阻力模型,推导立管涡激振动单模态响应时频联合预报模型,在时域内通过迭代求解出立管的单模态涡激振动响应.结果表明:所推导的时频联合预报模型可用来预测立管的主导响应频率,对于低流速下激励出的单模态响应预报结果与试验结果吻合较好;对于高流速激励出的多模态参与的响应,整体响应及振型预测较好,但不能很好地预测出某些局部峰值.     

结构加速度频响函数模型修正的Kriging方法

为提高结构频响函数模型修正效率,提出将Kriging模型引入优化过程,代替有限元模型进行迭代运算.基于频响曲线对应频率点处的响应值之差构造目标函数,并结合初选设计参数进行实验设计.根据实验设计结果进行各参数的灵敏度分析,进而筛选出模型修正的待修正参数,基于该参数及其响应构造Kriging模型,经检验有效的Kriging模型将参与模型修正过程.以GARTEUR飞机模型为算例,基于加速度频响数据进行模型修正,修正后模型不仅能复现检验点处频响曲线,还能成功预测结构局部修改后的频响曲线,证明了Kriging方法应用于频响函数模型修正的有效性.     

基于频响函数灵敏度分析的舰艇模型修正

由结构的数值计算和试验测试得到的频响函数,给出两者的相关函数及其灵敏度的表达形式,提出了一种模型修正方法,为有限元／边界元模型修正奠定理论基础．对带有发动机和隔振系统的舰艇进行了振动频响函数的测试,得到与初始有限元／边界元模型理论计算的相关函数,利用模型修正方法对选用的特定参数进行了修正．通过与模态试验结果的比较,验证了基于振动频响函数灵敏度分析的结构有限元模型修正方法的正确性．     

基于动测法的基桩刚度验证试验研究

针对以往基桩刚度无法准确测得的情况,从基桩动力特性基本理论出发,重新梳理了桩顶受微小激励时所产生的动态响应,给出了通过速度导纳幅频曲线中振动固有频率的位置来计算基桩刚度值的基本公式。利用室内模型试验,通过静态加载法和瞬态机械阻抗法对比测定基桩刚度值,验证了瞬态机械阻抗法测试基桩刚度值的可行性。该结果进一步说明了通过瞬态机械阻抗速度幅频曲线拾取基桩振动固有频率来确定基桩刚度值是具有实际意义的。     

工程振动信号微积分敏感性及其应用研究

工程施工监测中常常需要监测振动速度信号或振动加速度信号,振动速度信号和振动加速度信号的频谱特性差别很大,进而影响后续分析.本文采用傅立叶变换的时域微积分性来分析工程振动信号频谱的微积分敏感性,并通过拉普拉斯变换求取结构振动傅立叶谱,自功率谱,频响函数,并分析它们微积分敏感性.通过频响函数分析了其微分敏感性的物理意义.通过对背景工程中高层建筑实测自然激励的振动信号,验证了频谱微积分敏感性,并分析了频谱微积分敏感性对于振动信号分析的影响.研究结果表明：工程振动信号在数学上由于傅立叶变换的时域微积分性质,使得傅立叶谱峰值的频率分布具有微积分敏感性,随着振动信号微分阶次的升高,高频成分逐渐升高,低频成分逐渐降低;由不同信号的频响函数表达式,对结构动刚度、阻抗、动质量的频率分布规律进行了阐述;不同监测信号对于高、低频成分的识别精度不同,对于结构物高、阶模态的识别精度亦不同,对于高阶的频率成分的识别建议进行振动加速度信号监测,对于低阶频率的识别建议采用振动速度信号监测.     

饱和粘弹性土层中空心圆柱桩的轴对称竖向振动

考虑桩的径向变形以及饱和土层对桩的径向力作用, 分别将空心圆柱桩和饱和土层视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质. 基于弹性动力理论及不可压饱和多孔介质理论, 研究了饱和粘弹性土层中端承弹性空心圆柱桩竖向振动的动力特性. 利用Helmholtz 分解和变量分离法, 在频率域得到了空心圆柱桩竖向稳态振动的轴对称解析解以及桩头复刚度的解析表达式,给出了空心圆柱桩桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应曲线, 数值考察了饱和土和桩的材料、几何等参数对桩头动刚度因子和等效阻尼的影响. 研究结果表明, 虽然空心圆柱桩精确轴对称解析解的桩头静刚度与经典Euler 杆模型桩的桩头静刚度几乎相等, 但其桩头动刚度因子和等效阻尼存在较大区别, 并且空心圆柱桩的内外径比(即桩壁厚比) 会对桩头动刚度因子和等效阻尼特性产生显著的影响. 因此, 经典Euler 杆模型桩的适用范围具有一定局限性, 应采用轴对称模型进行更加精确的分析.     

超大跨度悬索桥涡激振动响应与振动控制

超大跨度钢箱梁悬索桥的结构阻尼和刚度较小,其竖向模态频率低且密集,随风速变化加劲梁可能先后发生多次涡激振动。首先针对某超大跨度悬索桥,进行有限元建模和动力分析。为研究悬索桥多模态涡激振动响应机理和有效抑振措施,在忽略气动刚度和气动阻尼影响时,通过简化Scanlan经验非线性涡激力数学模型得到简谐涡激力数学模型。然后以各竖向模态涡振最大位移响应为优化目标,基于液体黏滞阻尼器参数敏感性分析和调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)参数优化设计方法,分别确定阻尼器参数和TMD参数。最后探讨了黏滞阻尼器耗能系统控制悬索桥多阶竖向模态涡振的可行性,详细分析了TMD系统控制涡激振动的效果。结果表明：在塔梁间设置黏滞阻尼器对各竖向模态主要起振区域的涡振位移控制效果不理想;TMD系统能有效抑制常遇风速范围内加劲梁的多阶竖向模态涡振响应,将最大振幅严格控制在容许值以内,提高了加劲梁抵抗涡振变形的能力。     

考虑沉桩挤土效应的楔形管桩纵向振动特性

基于剪切复刚度传递方法研究考虑沉桩挤土效应的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构并考虑桩周土的成层性,将桩-土体系沿竖向划分为若干段,进一步地,将桩周土沿径向划分为若干环形圈层以考虑沉桩过程中的挤土效应导致的土体径向非均质性;逐圈层求解土体动力平衡方程并通过相邻圈层间剪切复刚度的传递得到桩-土界面的剪切复刚度,求解桩的动力平衡方程,并结合Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到楔形管桩桩顶复阻抗频域响应解析解;通过与已有解答的对比证明了本文解的可靠性,在此基础上,分析了楔形管桩桩身参数及沉桩过程中的挤土效应对低频范围内桩顶复阻抗的影响。     

饱和土中非完全黏结管桩纵向振动特性研究

基于Biot动力固结方程和Kelvin模型,考虑了土体三维波动效应及土塞与管桩之间的小变形相对滑移,研究了饱和土中非完全黏结管桩的纵向振动特性.首先,引入势函数,结合桩侧土及土塞的初始和边界条件,采用Laplace变换技术、Helmholtz分解法及分离变量法,分别求解出桩侧土和土塞的纵向振动解.结合桩土系统的耦合条件,进一步求解出管桩顶部的复刚度、速度响应频域解析解及速度响应时域半解析解.将本文解分别退化为实心桩解和无相对滑移解,并与已有研究进行对比,验证了本文解的合理性.然后,采用参数分析法初步确定了Kelvin模型参数的合理取值区间.最后,分别分析了管桩桩长和土塞的渗透系数、孔隙率、剪切模量以及黏性阻尼系数对饱和土中非完全黏结管桩纵向振动特性的影响规律.研究结果表明,桩长越短,土塞与管桩之间的黏结程度对饱和土中非完全黏结管桩纵向振动特性的影响越明显;土塞的孔隙率和黏性阻尼系数对饱和土中非完全黏结管桩的纵向振动特性有明显影响,土塞的剪切模量和渗透系数对饱和土中非完全黏结管桩的纵向振动特性的影响较小,可以忽略不计.     

黄土场地中桩—土动力相互作用机理及地震响应规律研究

为研究黄土地区桩-土相互作用机理及其对结构地震响应规律的影响,根据黄土非线性动力本构关系,构建可考虑桩-土界面滑移、分离和碰撞的简化理论模型,推导出理论模型中各特征指标的计算公式。结合桩-土动力相互作用基本原理,推导建立了桩-土-结构动力体系运动方程,对考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的黄土场地独柱式桥墩进行了地震响应分析。结果表明:桩-土相互作用力学模型正确与否是准确分析结构动力响应的关键;桩-土相互作用能够降低结构自振周期,改变结构动力特征,使得结构对低频地震波具有更高的敏感性,从而影响结构动力响应规律;桩-土相互作用也降低了结构抗侧移刚度,从而导致结构发生较大的位移响应,但同时也增强了结构的抗震消能能力。     

混合动力汽车传动系统扭振建模与分析

针对混合动力扭振分析复杂化的特性,以某P2构型的混合动力运动型实用汽车(SUV)为研究对象,建立传动系统集中质量模型,分析其固有特性和激振响应特性.然后基于AMESim仿真软件对传动系统进行扭振影响因素分析,对离合器刚度、阻尼等主要参数进行灵敏性分析,探讨其对扭振的影响特点.仿真结果表明,改变离合器减振刚度可以影响传动系统固有特性,进而改变其共振峰值及频率;增大离合器阻尼有利于降低传动系统衰减共振的峰值,但是不利于高速时的减振.     

Timoshenko模型桩水平振动的动力刚度

基于桩-土相互作用的连续介质模型,利用桩的水平振动土阻抗结果,将桩等效为Timoshenko梁,研究线性黏弹性土层中Timoshenko模型端承桩水平振动的动力特性,给出频率域内桩头动力刚度的半解析解,得到动力刚度随频率的变化曲线.在此基础上研究物性和几何参数对刚度的影响,并与Euler-Bernoulli模型桩的结果进行比较.研究结果表明,端承桩水平振动的动态刚度受桩长细比、土软硬程度、水平激振频率等的影响,这些结果可以为工程设计提供参考.