大跨度悬索自振频率的精确单元计算方法

大跨度悬索的自振频率的确定是研究悬索结构振动的基本条件,其振动有非线性特征,而且还存在明显的面内和面外的振动,振动过程复杂。大跨度悬索自振频率的确定无论是从实际测量还是理论计算,都有一定的难度,在理论计算上目前只能用非线性微分方程方法来求得近似解,然而其求解过程却异常复杂。主要从悬索单元的平衡关系出发,以悬索微元为基本研究对象,推导出精确索单元的自由振动特征方程,用线性单元及非线性单元对悬索单元进行模拟,得到相应的刚度矩阵及质量矩阵,计算得到悬索的面内自振频率。通过矮寨悬索桥的工程实例将其计算结果与有限元软件计算结果和实测值进行对比,验证了本计算方法的准确性,得出了线性单元模拟计算简单,精确度较差和悬链线模拟计算与有限元计算较接近,与实测值误差也较小的结论。     

悬索结构平衡及振动非线性有限元分析

采用五节点索单元,提出了悬索结构平衡及自由振动非线性分析的一种新的有限元方法,将索元变形后的位置用修正的ａｇｒａｎｇｉａｎ坐标的四次多项式来表示,并在索元变形后的位置上由虚功原理建立了非线性有际元基本方程,所的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响,并给悬索结构的线形结构的找形及振动分析带来方便,此外,对单索结构的平衡及自振特性进行了计算分析。     

组合吊桥的动态分析及临界风速的近似计算

作为空间组合结构的悬吊桥的动力分析,当考虑非线性时,其振动的基本微分方程不易得出分析解。本文根据离散理论的节点位移法,考虑了几何非线性的影响,应用最小势能原理导出索单元的刚度矩阵,并加以线性近似简化。编出相应的计算机程序,以在广西架设的主跨为270m组合吊桥为实例,计算了自振频率和振型,其结果与实测值接近。同时近似计算了颤振(frutter)和横风向驰振(galloping)的临界风速。     

大跨度墙架防风网结构动力特性研究

以某港口煤堆场防风网工程中多种类型大跨度墙架防风网结构为原型,基于非线性有限元理论,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,利用模态分析研究大跨度墙架防风网结构的动力特性,计算出结构的自振周期及振型,并对基本自振周期数据进行数值拟合,得出此类结构的第1自振周期计算公式及简化估算公式,为此类及类似结构的合理设计参数取值提供了理论依据。     

轻型座椅式架空单线索道非线性动力分析

轻型座椅式架空单线索道运行过程模拟是几何非线性连续系统动力问题。本文提出了张力差调节法，把连续多跨悬索结构的动力分析简化为一列列单跨悬索的计算。提出了不同时刻划分单元的新概念，结构Ｎｅｗｍａｒｋ法与Ｎｅｗｔｏｎ Ｒａｐｈｓｏｎ法，建立了索道非线性有限元动力分析模型，为索道晨线性分析提供了新方法，并针对三跨的索道，进行了模拟计算。     

悬索桥振动特性对结构参数的灵敏度

振动特性对结构参数的灵敏度对结构设计和诊断十分重要。用一阶随机摄动法建立悬索桥随机特征值问题的基本方程,求其动力特性对结构参数的灵敏度矩阵,并得到随机特征值的统计特征。结构随机参数按局部平均随机场理论离散。取主缆,桥塔和加劲梁的弹性模量和质量密度为随机场。在此基础上计算了青马桥自振频率的统计特征和对随机参数的灵敏度矩阵,并由此讨论随机参数对青马桥自振频率的影响。发现结构参数对悬索桥自振频率影响不显著,但自振频率对不同部位的参数的灵敏度系数有量级上的差别。     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.     

悬索结构非线性有限元分析

提出了一种适合于悬索结构空间非线性分析的三节点等参数索单元有限元模型,在三维整体坐标下,由就的定义得到了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应变几何关系,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法,并由虚功原理建立了非线性有限无限元增量方程及切线刚度和矩阵,算例计算表明,本文方法可用于各种悬索结构的计算分析。     

不同加劲梁重量下的悬索非线性振动特性

悬索桥因受力明确、跨越能力大、结构美观等特点而被广泛应用。加劲肋重量是影响悬索桥静态构型及其动力学特性的主要因素。为研究不同加劲梁重量下悬索桥的固有特性及其非线性动力学行为。建立了悬索结构的非线性动力学模型。首先,将运动方程退化至保留线性项,探究加劲梁重量对悬索固有特性的影响;然后,再进一步揭示加劲梁重量对1:1内共振、响应时程和瞬时相频特性三种非线性振动特性的影响。研究表明：面内正对称频率的变化与加劲梁重量变化呈反比关系,且交叉点位置会随加劲梁增大而移向Irvine参数变大的方向,阶次越高越显著。此外,加劲梁重量逐渐增大将使悬索由硬弹簧变为软弹簧,并使面内1阶振幅与加劲梁重量由正相关变为负相关。加劲梁重量变化还将导致面内响应复平面投影曲线轨迹变化,进而表现出不同的相频特性。     

基于二次特征值法的矩形薄板的动力稳定性研究

基于Von-Karman薄板大挠度理论,利用Galerkin法得到面内周期荷载作用下四边简支矩形薄板的二阶常微Mathieu-Hill型参数振动方程;运用二次特征值法分别求出矩形薄板线性参数振动方程周期为2T和T时的主要与次要动力不稳定域,并用有限元数值分析方法验证了二次特征值法的精确性,同时定性地分析了主要参数共振下非线性弹性对系统定态振幅的影响。分析结果表明:1当激发力频率近薄板两倍自振频率时,薄板发生强烈的横向参数共振;2二次特征值法可精确计算矩形薄板发生动力不稳定时对应的频率和激发系数;3随着薄板振幅的增长,非线性的存在抑制了定态振动幅值的无限增长,牵引系统向大频率方向振动,导致振幅稳定增加或迅速增大的复杂振动状态。     

基于精确解析解的索单元

完善了基于悬索精确解析解的两节点平面索单元，包括带节间集中力的索单元、两端带刚臂的索单元．从理论上推导了空间索单元的平面外刚度系数，并通过坐标转换矩阵将空间索单元统一到平面索单元上，也可考虑在组合均布荷载作用下的索单元．这种索单元可用于悬索桥、斜拉桥等结构的非线性有限元分析中．通过两个算例的计算表明，该方法是精确有效的．     

有限差分法在斜拉索张力振动测试识别中的应用

振动法测量斜拉索张力需要准确描述索力与自振频率的关系，考虑斜拉索边界条件、抗弯刚度和垂度的影响，使用有限差分法将斜拉索的静力平衡方程和自由振动方程离散，通过求解特征值问题建立了索力与振动频率的关系；然后将计算得到的模态频率与测试得到的模态频率比较，通过修正拉索张力计算值使计算频率与实测频率误差最小，最后修正的拉索张力则为斜拉索实际张力．通过对实际工程的测试结果分析表明，本文方法具有准确、实用的特点，可有效提高振动法测量斜拉索张力的精度。     

人行悬索桥竖向荷载作用下简化计算方法

为解决人行悬索桥在竖向荷载作用下计算挠度变形过程繁琐、有限元分析复杂等问题,根据人行悬索桥柔性较大的结构特征,忽略其加劲梁的刚度作用,考虑主缆IP点处位移、边缆垂度效应、几何非线性等因素,提出了一种简化计算方法.对不同跨度、不同矢跨比桥梁的主缆无应力长度和跨中挠度变形进行了试算,并根据试算结果对简化计算方法的适用范围和误差进行了分析,验证了计算方法的计算精度和适用范围.以跨度为117 m的人行悬索桥为例,利用本文计算方法对该桥分别在成桥状态和受竖向荷载作用时的悬索桥力学性能进行了分析,并与有限元分析和试验检测结果进行了比较.结果表明:本文所提简化计算方法实用性较好,能在实际工程中为人行悬索桥快速求解和有限元分析校核提供参考.     

某双塔斜拉桥塑性极限有限元模拟分析

结合双塔单索面预应力混凝土斜拉桥的结构特点和荷载情况,利用有限元软件ANSYS建立全桥有限元模型,给出了有限元仿真模型命令流;采用非线性静态增量有限元分析,得到了荷载-位移曲线,进而求得了该桥的极限承载力。模拟结果能为实际双塔单索面PC斜拉桥的塑性极限分析提供参考价值。     

悬索桥主缆成桥线形的解析计算

根据悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力索长的计算方法进行了研究.采用悬链线单元建立悬索桥线彤和无应力索长的计算公式,结合施工中加劲粱的架设特点,确定了成桥线形分析中的吊索力,还对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson迭代格式求解并编制程序.最后通过算例验证了该方法的计算精...     

斜拉索辅助索减振的性能分析与试验研究

为了提高斜拉索辅助索的减振性能,分别采用辅助索阻尼器,辅助索索端阻尼器及主索索端阻尼器进行有限元及理论分析并用试验检验.有限元模型为一主跨1.4km斜拉桥的1/4索面,由38根斜拉索和4根辅助索组成.用ANSYS进行时程分析,忽略拉索内在阻尼,用MATLAB对数据进行处理.结果表明:阻尼器变形越大越能获得较大的最优模态对数衰减率;3种阻尼器均可使索网前3阶对数衰减率达到0.04,且安全系数达到2以上;主索索端阻尼器与辅助索索端阻尼器分别为最优阻尼共同作用时,减振效果不为二者单独作用之和,且低于辅助索索端阻尼器单独作用时的减振能力;辅助索索端阻尼器或主索索端阻尼器与辅助索阻尼器分别为最优阻尼共同作用时,减振效果约为二者单独作用之和.试验模型有3根主索和1根辅助索组成.试验结果证实有限元分析结果正确,二者的对数衰减率随阻尼器阻尼变化趋势相同.     

空间折索单元的切线刚度矩阵

预应力空间网格结构是一种新型的结构形式 ,对该结构进行非线性分析计算时 ,需要采用空间索单元的切线刚度矩阵 .通过对于预应力索单元的分析研究 ,推导了具有初始应力的空间折索单元的单元切线刚度矩阵的计算公式 ,并且建立了可用于预应力空间网格结构非线性有限元分析的非线性方程组 .所推导的公式均具有良好的规律性 ,非常便于计算机进行分析处理     

弹性波动方程数值解的有限元并行算法

在求解弹性波动方程中，有限元法的高内存量和巨大运算量的需求在基于单CPU串行算法中一直难于满足，制约其优势的发挥。根据有限元法的“化整为零、集零为整”的基本思想与并行处理技术的“分而治之”的原则基本一致，采用基于多CPU的并行算法，从有限元参数矩阵计算和线性方程组求解两个方面人手，把求解区域分到多个CPU上并行计算参数矩阵，对线性方程组采用循环块三对角线方程组进行并行求解。对比了不同大小空间和不同CPU个数下的加速比，证实了多CPU的并行算法能够克服基于单CPU串行算法的物理限制，满足了有限元法的巨大空间量和运算量的需求。此算法具有理论上的正确性和实践上的可行性。     

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。