行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

人群-桥梁耦合振动研究及参数分析

根据交通流和生物力学的研究成果,将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由度系统,建立了人群过桥时人群-桥梁耦合系统的动力学模型,分析了人群对耦合系统动力特性的影响,研究了不同行走模式时人群-桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数敏感性.结果表明:人群使耦合系统产生了附加振型;人群集度和位置对耦合系统的动力特性影响较大;行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构竖向基频相接近,以及人群行走步调是否相接近;人群集度和行走速度对人群-桥梁耦合系统的动力特性均有不同程度的影响.文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参数取值的任意性.     

不同地基模型对土与结构相互作用体系随机响应的影响

应用弹簧、阻尼体系模拟半无限地基的动力阻抗特性，建立上部结构-基础-地基耦连体系的运动方程，在此基础上考虑不同地基模型对结构响应的影响，进行了土与结构相互作用线性体系随机地震响应分析，并通过算例分析其影响程度。     

隔震结构-设备耦合体系的楼面反应谱影响因素分析

建立隔震结构-设备耦合体系的SIMULINK动力分析模型,选取2栋实际的隔震结构和多条地震动,对隔震结构-设备耦合体系进行动力时程分析,求得楼面加速度放大系数的均值谱作为楼面反应谱,并与不考虑耦合效应的隔震结构楼面反应谱进行对比,讨论设备动力特性、隔震结构动力特性、建筑场地和设备所在楼层位置对隔震结构-设备耦合体系楼面反应谱的影响.结果表明:设备质量和阻尼越大,隔震结构-设备的耦合效应越明显,特别当设备与所在楼层的质量比超过1%时,宜考虑设备-结构的耦合作用;隔震结构动力特性、设备动力特性和场地条件均会影响楼面反应谱的谱值和谱形,但设备不同位置对楼面谱的影响很小,可忽略不计.     

路面激励相干函数对车桥系统随机振动响应的影响

采用虚拟激励法建立多点输入相干激励车桥耦合随机振动模型,研究路面不平顺相干函数对车桥耦合系统振动响应的影响.将三轴自卸汽车离散为三维九自由度弹簧-质量-阻尼体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面输入激励的相干性,研究Naryanan相干函数、Dieter相干函数和Zhang相干函数对车桥耦合系统振动响应及频谱特性的影响.研究结果表明:不同的相干函数对位移均方根和加速度均方差的影响效果不同;相干函数仅影响共振能量大小,不改变路面激励与车桥耦合系统的共振频率;研究车桥耦合随机振动响应时,路面激励相干函数对桥梁振动响应的影响可不计,但对车辆振动响应的影响不可忽略.     

双向人群流疏导的人行桥减振控制研究

提出了通过布置障碍物进行双向人群流的疏导来控制结构振动的方法.利用考虑行人自停和减速避让的改进后的社会力模型对双向人群运动进行仿真模拟，将每个行人视为MSD模型建立人-结构相互作用的耦合系统以及振动控制方程，计算结构的振动响应.以实验室人行桥为算例，研究布置障碍物对行人步行特性的改变和对结构振动的影响，并从能量的角度解释了减振机理.算例结果表明，当双向人群密度超过0.6人/m2时引起的结构振动会导致行人产生不适感，在人行桥上布置4个障碍物后，双向分别有1人和2人的工况下减振率达到12.4%和13.1%，且输入结构的能量大幅降低，结构输出的质量动能、粘滞阻尼能和弹性应变能降低率分别达到38.46%、67.48%和50.68%.研究内容可为大跨人行桥的减振方法提供思路.     

车载作用下公路桥梁耦合振动精细化建模及验证分析

现有车-桥耦合振动分析中车辆模型不能精确考虑车辆动力特性和柔性轮胎对车桥耦合振动响应的影响.为了进一步研究充气轮胎胎压对车-桥耦合振动的影响,基于LS-DYNA程序,采用线弹性橡胶材料模拟轮胎并定义轮胎内气压,结合常用重载三轴汽车的结构参数,运用弹簧阻尼单元及梁、壳单元模拟车辆悬架系统的动力特性,建立可分析车轮气压的三维车辆模型;并基于实桥试验结果及响应面法得到高精度有限元桥梁模型;通过显式求解程序LS-DYNA内置的接触算法,将车辆子系统和桥梁子系统联立耦合起来,形成显式的车-桥耦合振动分析模型.计算结果与实测结果对比分析验证了该方法的正确性,并分析了轮胎胎压对桥梁振动的影响.     

坐姿状态下人-结构相互作用体系水平振动特性

针对人-结构系统水平振动问题,建立质量轻基频低的试验平台,研究人端坐于试验平台时该人-结构相互作用体系的水平振动特性.试验结果表明:自然端坐状态下,人体的不同朝向对结构的动力特性的影响不同.当人朝x向端坐时,结构多出一个振型频率,而基频恰好分布于两振型中间;而当人朝y向端坐时,结构仅有共振频率高于原结构基频.在研究中,人通常比较成质量块放在结构装置上,而事实上质量块对结构的振型阻尼比影响很小,人体能显著增大结构振型阻尼比.因此,不能将水平向自然端坐的人仅仅看作质量块,而应当成质量-弹簧-阻尼完整的体系.     

轨枕空吊对桥上有砟轨道结构动力响应的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,将轨枕下部的有砟轨道考虑为弹簧-阻尼系统,假设该弹簧-阻尼系统失效来模拟轨枕空吊状态,建立含轨枕空吊的有砟轨道-桥梁耦合模型.采用Newmark直接积分法求解车辆-轨道-桥梁耦合动力学方程,计算列车通过时轨枕正常状态和空吊状态下轨道结构的位移和加速度,同时对空吊轨枕出现的数量及纵向分布位置对轨道结构动力特性的影响进行分析.对轨枕无空吊状态、单根空吊状态、连续2根空吊和间隔2根轨枕空吊4种工况下轨道结构的动力响应进行分析.研究结果表明:连续2根轨枕空吊影响下轨道响应显著大于其他3种工况,间隔2根轨枕空吊的影响略大于单根轨枕空吊的影响,但差别较小;轨枕空吊对有砟轨道结构动力影响范围沿轨道纵向不超过2跨轨枕间距;随着列车运行速度的增加,轨枕空吊影响下轨道结构位移变化较小,加速度则明显加大,基本呈线性增长.     

波流联合作用下弹性支承梁动力特性分析

为分析铰接塔平台的动力特性,建立了部分水下带有集中质量块的等截面弹性支承梁运动模型。用耦合弹簧刚度矩阵模拟铰接头处桩基础与土层之间的相互作用,考虑波浪和海流对梁的Morison力作用及由集中质量块引起的轴向力作用,建立了弹性支承等截面梁横向强迫振动的运动控制模型。采用Runge-Kutta数值方法分别研究了耦合弹性支承和独立弹性支承条件下梁的动力响应。研究表明,波流联合作用下,弹性支承等截面梁的有阻尼固有频率并未发生变化,系统同样将发生超谐共振;海流对不同弹性支承结构的主共振响应影响是不同的。可为海洋工程中铰接塔平台的动力特性分析提供参考。     

基于随机行走模型的人致人行桥振动响应分析

为研究人致荷载中的随机性对人行桥结构振动响应的影响,首先,提出了四种考虑时—空多尺度的随机行走模型,对随机步行荷载激励下的动力学方程进行了解耦;其次,分析了每种模型的峰值加速度响应、桥上驻留人数以及人群占位区间上的变化规律;最后,对比研究了不同模型之间的区别。研究结果表明：有序排列模型(OAM)的响应值域范围较广,易出现大幅振动,人行桥峰值加速度出现时刻,人群荷载主要作用在跨中位置;随机分布模型(SDM)、随机到达模型(SAM)以及动态平衡模型(DEM)的峰值加速度响应均服从正态分布规律,且结构最大响应时人群主要分布在下桥端附近;SDM的驻留人数主要与初始时刻人数相同,DEM的驻留人数取决于稳态下的行人数,SAM则相对均匀;考虑行人行走随机性的四种模型可用于人致人行桥振动响应分析和舒适度评估。     

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。     

基于轮胎与地面接触模型的非公路车辆平顺性

为了准确地预测和评价非公路车辆的行驶平顺性,通过分析轮胎与地面的相互作用,建立了弹性轮胎-软地面接触模型及其与车辆的集成模型,采用Matlab语言编制出仿真分析软件,得到了变形地面作用于车辆的有效路谱及车身垂向加速度、悬架动挠度、轮胎动载等反映车辆行驶平顺性的评价指标.仿真结果表明,随着地面变形的变大,车辆的低频激励增大,车身的振幅也随之增大.在建立非公路车辆悬架的动力学模型时地面变形的影响不容忽视.     

人与轻柔结构水平相互作用试验研究

针对人-结构系统水平振动问题,建立了人-结构水平振动试验平台;在结构轻质低基频情况下,研究了人-结构系统水平振动特性。试验表明:当人自然站在结构上时,前后向人体使结构的基频降低,但与重量相当的质量块-结构系统相比,降低幅度相对较小;左右向人体既可以使结构基频降低,也可以使结构基频升高;前后向人体对结构基频的影响量大于左右向人体对结构基频的影响量;质量块对结构的振型阻尼比影响很小,人体能显著增大结构振型阻尼比;但前后向人体贡献的阻尼比左右向人体贡献的阻尼大。在水平向,自然站立的人不能当做质量块。     

半主动悬架座椅的设计及振动特性实验研究

为改善非公路驾驶员座椅的乘坐舒适性,设计制造了一种基于带附加气室空气弹簧和磁流变减振器的半主动悬架座椅,通过控制比例阀输入电压和磁流变减振器输入电流调节座椅悬架系统的刚度和阻尼,构建了座椅的振动特性实验系统。试验研究了激励频率、比例阀输入电压及磁流变减振器输入电流对座椅振动特性的影响规律。研究结果表明,座椅悬架的固有频率、位移传递率及加速度均方根值均随比例阀输入电压的增大而减小;在高频振动区,磁流变减振器的输入电流对加速度均方根值影响较大。     

铝合金地铁车内低频结构噪声特性预测

针对轨道不平顺引起地铁车辆车体壁板振动产生的车内低频结构噪声问题,建立了铝合金地铁车辆车体结构有限元模型、车内声场边界元模型和车辆轨道耦合模型,进行了动力学分析,得到轨道随机不平顺激励下,车体所受激励载荷并施加于车体结构的有限元模型,在ANSYS软件中进行了车体结构谐响应分析,得到车体振动响应.将得到的车体振动响应作为边界条件传递给车内声场边界元模型,在SYSNOISE软件中计算了频率0～200 Hz范围内车内不同位置的低频结构噪声分布特性.结果表明:车内最大声压级超过75 dB;车体结构特点以及激励载荷情况直接影响车内结构噪声特性;减少轮轨激励载荷或优化车体结构,均可降低车内结构噪声.     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

一种新型动力吸振式轮边驱动系统仿真分析

针对一种基于电机摆动式动力吸振原理的新型轮边驱动系统,推导其振动力学微分方程,在MATLAB与ADAMS仿真软件中建立三自由度振动模型,进行车身加速度和车轮动载功率谱密度的仿真分析,验证了理论公式及仿真模型的准确性;并以车身加速度与车轮动载为指标,将该系统与一般轮毂电机驱动系统对比研究其改善车辆平顺性和车轮接地性的效果.结果表明,这种新型轮边驱动系统可有效降低车身加速度和车轮动载,从而显著改善车辆平顺性和车轮接地性.     

考虑气动升力激励的汽车振动响应分析

为研究气动升力激励对汽车悬架性能的影响,在Simulink建立滤波白噪声路面输入模型和气动升力激励模型。在不同车速下,分别对考虑气动升力激励和不考虑气动升力激励的振动模型进行仿真,对比分析两种情况下的车辆悬架系统评价指标。结果表明:考虑气动升力激励的车身加速度和不考虑气动升力激励时的差异很小;低速时,气动升力激励引起的悬架行程差异较小,高速时,气动升力激励会明显增大悬架动行程;低速时,气动升力激励引起的轮胎动载荷差异不明显,高速时,气动升力激励会使得轮胎动载荷略微增大。