大型复杂结构-桩-土振动台模型试验土箱设计

以基于天津站交通枢纽的大型复杂结构-桩-土振动台试验为背景,详细介绍土箱设计特别是其边界设计,通过试验数据并结合模型模态分析对边界效应进行定量分析,检验土箱边界实际效果并为边界的进一步改进提供事实依据.研究结果表明:在土箱底部,通过设置分割条嵌入模型土中做成的摩擦边界的效果较好;在土箱垂直于地震动两侧壁上,聚苯乙烯泡沫塑料做成的柔性边界对Taft波和人工波加载的效果比较好,而对天津波加载效果略差;在土箱平行于地震动两侧壁上,通过侧壁内表面贴聚氯乙烯薄膜并涂抹润滑油做成的滑动边界起到一定的效果,但偏差较大.对模型土的模态分析表明:通过提高模型土域的宽高比以及适当减小柔性边界的弹性模量都可以明显减小柔性边界对模型土的影响.土箱设计总体效果较为理想,边界设计及分析可为类似土-结构相互作用振动台试验提供借鉴.     

冲击振动在砂土中传播的模型试验研究

通过模型试验研究了冲击荷载引起的振动在砂土中传播和衰减的规律,并探讨了隔振板的隔振效果.结果表明：在模型箱边界处设置泡沫隔振板,能够较好地控制振动波在边界处的反射效应;在冲击荷载作用下,土体振动随测点与震源的距离增大而迅速衰减,加速度峰值沿水平、竖向和对角线方向的衰减可用公式amax=kR-β进行拟合;隔振板对隔振板后面的土体能够起到一定的隔振和减振作用,但对隔振板前面的土体起到了相反的效果,这是由于振动波在隔振板处发生反射的缘故.     

钢箱边界效应振动台试验研究

为分析桩的动力响应和钢箱的边界效应,设计一个带有泡沫边界、滑动边界以及摩擦边界的钢箱,并进行桩土相互作用的振动台试验.试验结果表明:1)惯性效应作用下,桩顶的地震响应最大;2)钢箱不同埋深处,地震响应不一,底部最小,中部大于底部和上部;3)泡沫边界会影响土体内介质的加速度响应——无泡沫边界情况下土体内介质的加速度响应偏大.所以,在进行桩土动力相互作用的振动台试验时建议增设泡沫边界.     

源造波法在三维完全非线性数值波浪水槽中的应用

为消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,基于时域高阶边界元方法建立三维完全非线性数值波浪水槽模型:利用源造波法产生入射波浪,采用人工阻尼层技术消除波浪反射及二次反射;建立水槽的格林函数并应用于整个计算域,消除水槽两侧壁和底面的积分,减少了计算量.利用所建模型分别对规则波和不规则波的数值实验表明,数值结果与理论解吻合良好,且在出流边界和入射边界均无反射现象.     

一种消除局域波法中边界效应的新方法

局域波法能在时频图上正确地描述平衡非线性信号的局部特征，但由于信号边界的不确定性，现有的边界处理方法都不能有效地消除边界效应，造成时频图内两边端点附近信号的能量扩散，因此精确估计边界值是局域波法的关键问题，采用边界波形匹配的方法预测边界值，无论边界点是极值点或非极值点，都能有效地消除边界效应。     

人工边界法在土石坝动力分析中的应用

在研究各种动力人工边界的基础上根据地震波的不同传播特性,针对土石坝－地基系统,提出：对地基的底边界和侧边界分别施加粘性边界和叠加边界,以消除或减小常规刚性边界上波的反射对动力分析成果的影响,使土石坝动力分析成果更为可靠合理,在应用叠加边界时,通过引入常速度初值的更新而将波的传播限制在较小的边界区域内,使得结构系统的主区域仍能应用非线性有限元方法。这样的处理使得叠加边界方法能够应用于非线性问题的边界     

基于虚拟方法的混响箱设计及实验验证

混响箱常用于材料隔声、吸声实验研究中,因此混响箱的设计对于实验的可靠性有着重要影响.混响箱的传统设计都是基于混响声场特性,其效率较低,可靠性也较差.为此,设计了一种复合结构的混响箱模型,通过统计能量分析(SEA)法对复合结构的隔声特性进行了仿真分析,用边界元方法(BEM)模拟混响箱内的声场分布,依据仿真结果对模型进行优化,最终获得具有足够隔声量和均匀声场的混响箱模型.对基于仿真模型制作的混响箱进行隔声实验,结果表明,在400,Hz以上频率范围内,混响箱的隔声量高于50,dB;混响箱内不同位置的声压级相差不超过3.5,dB.镁合金板的隔声实验结果与质量定律及统计能量分析所得结果吻合良好.可见,采用复合结构箱体能实现良好的隔声效果,借助于统计能量法和边界元方法对混响箱进行设计是行之有效的.     

直接模拟蒙特卡罗方法下的逆温度抽样算法

从分子动力学出发，讨论了直接模拟蒙特卡罗方法中分子平均总能量、平均平动能以及边界热流密度的抽样方法．通过对与边界发生碰撞的分子进行统计平均，得到了分子反射能量与入射能量以及边界热流密度的关系式．在此基础上，通过结合壁面漫反射模型下分子反射速度的抽样方法，发展了一种从边界热流求得与壁面碰撞分子的平均反射特征温度的逆温度抽样算法．数值结果表明：该算法能够由分子反射能量准确求得分子反射特征温度，进而求得分子反射速度，从而将边界热流信息带入流场．该方法为实现壁面处给定热流边界条件下的直接模拟蒙特卡罗方法提供了途径．     

弹性转动约束边界组合梁高腹板加劲肋设置

通过构建组合梁腹板的转动约束边界计算模型,采用里兹能量法推导了弹性转动约束边界刚性加劲和柔性加劲状态下加劲板的屈曲应力计算公式.在此基础上,获得组合梁受边界约束影响的纵向加劲肋临界刚度和最优位置的计算公式.理论推导结果与有限元分析结果符合良好,证明本分析方法正确.结合算例对本方法和现行规范进行对比分析,结果表明:采用本方法设计钢-混组合梁高腹板纵向加劲肋,相比现行规范可以显著提高腹板屈曲荷载,有效降低材料消耗,更具经济性和合理性.     

矩形波冲击时发泡聚苯乙烯衬垫破损边界研究

研究发泡聚苯乙烯缓冲衬垫简化模型的包装材料在矩形波脉冲激励下的冲击响应，建立动力学模型，应用四阶龙格一库塔法求解，从而得到产品包装系统的冲击谱和破损边界曲线，结果表明，脉冲幅值m、发泡聚苯乙烯缓冲衬垫的系统参数(α、β)对系统冲击谱和破损边界曲线有显著的影响．     

苏州城区凹陷沉积土层对地震反应特征的影响

针对土层非均匀分布的苏州城区凹陷沉积场地,采用黏弹性人工边界模拟无限域场地的边界,基于ABAQUS建立大尺度二维有限元模型,分析了加速度峰值、位移峰值、频谱等地震动参数特征,探讨了凹陷沉积土层对地震效应的影响.结果表明:凹陷沉积地震动响应呈现较大的空间差异性,局部位置地表加速度放大效应明显;苏州城区场地敏感周期段为0.20～0.70 s,与水平均匀场地相比,凹陷沉积场地地表反应谱沿横向变化较大,越靠近地表,反应谱谱峰越向长周期方向偏移;由于地震波在局部区域聚焦,凹陷沉积场地PGA值沿深度方向呈起伏变化现象;沿水平方向的PGD随土层深度增加呈非单调递减,且与输入地震动频谱特性相关.大尺度二维模型一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布对地震波传播过程的影响.     

聚氨酯汽车座椅H点静态平衡位置的研究

为了研究以聚氨酯泡沫为材料的汽车座椅H点的位置,创建了一个简化的二维人椅系统模型,人体与座椅之间的作用力建模为具有非线性黏弹性的弹簧.对此模型采用可变阶的运动微分方程Matlabode15s求解器,求解出人椅系统的平衡位置.结果表明:材料越硬,静态平衡位置越接近泡沫材料未压缩时的人体初始位置;弹簧K3刚度越大,人体最终的平衡位置就越接近初始位置,K3越向前移动,人体就会越陷入座椅中;人体与坐垫之间的摩擦系数μ1过小,人体就会滑出座椅.     

埋地管道静载试验水平边界约束影响的数值分析

基于模型试验结果,通过有限元数值模拟软件研究静载作用下模型尺寸对埋地管道力学性能与形变性能的影响.数值分析结果表明:模型箱水平边界在距管壁20D以内变化时,随着模型尺寸逐渐增大,土体极限承载力不断增加,并且相同荷载水平下加载板沉降与管道径向变形比也随之变大,而管周土压力、管周径向和环向应力均随之减小,边界对管道的约束作用逐渐减弱;模型尺寸不同时,管道径向变形比在加载过程中的变化规律差异明显;地表静载作用下,管道以环向受压为主,并且由于管顶产生土拱效应,管周土压力中管侧处最大,管顶处次之,管底处最小;当模型箱外壁水平向扩展超出20D时,管道上方土体承载力、管道受力和形变规律基本一致.表明为减少或消除水平边界效应,模型箱外壁水平向扩展边界选20D为宜.     

声子晶体梁边界态的强化学习设计方案与本征模式分析

研究周期性阶梯截面声子晶体梁,在理论推导的基础上通过建立强化学习模型框架实现了预期带隙的结构设计功能,提出了从本征模式的角度确定边界态频率的方法,并分别通过对整体结构和半结构的透反射分析验证该方法的准确性。在此基础上,检验了所设计的边界态对弹性波的鲁棒传输特性。提出的强化学习设计方案和本征模式分析边界态的方法使声子晶体梁边界态的设计分析简单易行,有助于推动设计边界态以实现弹性波精准调控的研究。     

二维数值造波水槽不规则波之数值研究

利用边界元素法所建立数值造波水槽探讨不规则波浪之造波与传递问题，以Lagrange法描述水粒子之运动并利用前进差分处理时间项之微分项。水槽一端为活塞推拉式造波板，运动方式以Mitsuyasu-Bretschneider之波谱造波，另一侧设有一段消波区以减少计算结果受波浪反射之影响。水面上选定若干个测点量取水位变化之历时，利用波谱分析水面上各测点之波谱并与原入射波波谱比较来探讨本模式之准确性。     

砂土地基自由场离心机振动台模型试验

为了观察砂土地基自由场的地震响应情况和检验试验用叠环式模型箱的边界效应影响以及应用效果,在输入地震波(采用K obe波)、离心加速度为50 g的条件下,进行了砂土地基自由场动力离心试验。文中给出了加速度反应和位移反应量测结果,研究了砂土地基的地震反应情况。试验结果表明:叠环式模型箱可以较好地模拟自由场土层的剪切变形,边界效应影响较小;振动台的激振性能、数据量测仪器与采集系统的使用效果均良好,从而为后续有关试验奠定了基础。     

接触行为对颗粒材料中应力波波速与能量的影响

采用离散单元法,研究线弹性接触模型、Hertz接触模型、线性平行粘结模型对不同排列颗粒材料中波传播的影响,分析了三种接触模型下波的波速变化和能量变化,同时也研究了弹性模量对颗粒材料中波传播的影响.最后对颗粒材料样本采用Hertz接触模型,探究了不同围压条件下颗粒材料中波的波速变化和能量衰减.研究结果表明:不同接触模型下波传播的波速和能量衰减率不同;当颗粒样本从规则排列到随机排列,波传播的波速变小,能量衰减率变大;随着颗粒弹性模量的增大,波速呈对数增大;在波传播过程中能量快速耗散,随着围压的增大,波速和能量衰减率都增大.     

沥青路面柔性基层与半刚性基层的优化组合研究

半刚性基层具有许多优点的同时,存在排水不良、反射裂缝等不足;而柔性基层则反之。通过改革柔性基层传统的材料与工艺,实现柔性与半刚性基层的优化组合。从重交通对沥青路面使用性能相互矛盾的要求,通过提高柔性基层质量,提高柔性基层的模量,以减少沥青路面的疲劳裂缝,实现柔性基层与半刚性基层的优化组合。     

粘弹性波导吸振器中能量导出杆的动力学模型

为了解决波导吸振器中粘弹性能量耗散器与振源之间的能量传输及阻抗匹配问题,提出了能量导出杆这一设想,并建立了等截面及变截面能量导出杆的动力学模型。通过对其进行动力学分析,导出了能量导出杆传输能量能力与所选材料、结构,波的频率、负载情况等之间的关系方程,定量地讨论了在振源与粘弹性能量耗散器之间加入能量导出杆后,其界面处的能量反射情况。仿真结果表明,选用剪切模量与密度乘积越小的弹性材料制作能量导出杆,能     

He-HCI碰撞体系中微分截面和分波截面的理论计算

笔者采用统一的拟合的MS势计算了在E=40-80meV下He-HCI体系的总微分截面和弹性微皮截面、总分波截面和弹性分波截面。研究结果表明：在低能碰撞过程中，不管是微分散射截面还是分波散射截面，弹性散射的几率大，对总的散射截面贡献最大。入射能量一定时，微分散射截面的小角散射几率大于大角散射几率；入射的能量越高，量子效应就越不显著，尾部效应也越不显著。