温度和桥面激励联合作用下斜拉索非线性振动特性分析

研究热状态下受桥面激励作用的超长斜拉索主参数共振问题。计入斜拉索初始垂度和几何非线性的影响,建立温度场中斜拉索的非线性振动力学模型,推导出热状态下受桥面激励作用的斜拉索面内参数振动控制方程,利用多尺度法求解系统主参数共振的近似理论解,并编制程序进行数值计算,分析温度变化、激励幅值、调谐值、索力、阻尼比对系统振动的影响。结果表明:随着温度升高,斜拉索主参数共振区增大,但其振幅有减小趋势;增大桥面激励幅值,会使得拉索参数共振区显著增大,而增大索力和阻尼,拉索共振区将减小;拉索发生参数振动时具有硬弹簧特性,幅频曲线随调谐值的增大存在多值响应,会出现"跳跃现象"。     

阻尼对斜拉索大幅振动的影响

针对大跨度斜拉桥拉索大幅振动控制问题,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,同时考虑拉索与桥面连接条件和边界条件的影响,建立了拉索在参、强联合激励作用下的面内非线性振动方程.运用多尺度摄动方法,对其进行求解,以长短两根有代表性的拉索为例,研究拉索阻尼的变化对其大幅振动的抑制机理.研究结果表明:增加斜拉索的阻尼,提高了斜拉索发生大幅振动所需激励幅值,在一定程度上增大了桥面振幅的安全区间.     

斜拉桥单梁-多索模型的非线性振动

建立斜拉桥的单梁-多索力学模型,考虑其初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,同时考虑拉索与桥面连接条件和边界条件的影响,通过Hamilton原理建立单梁-多索的面内非线性振动方程.利用Galerkin方法将非线性偏微分方程转化为关于时间的二阶常微分方程组,以单梁-双索为算例,在桥面对拉索的参数激励条件下,利用Runge-Kutta法对拉索之间的相互作用进行数值分析.研究结果表明:当2根索的频率比约为1时,索与索之间通过桥面运动产生能量传递,可使拉索的大幅振动更加强烈.     

考虑索-梁耦合的斜拉索2∶1参激共振分析与数值模拟

针对斜拉桥拉索与桥面耦合振动的参激共振问题,区别于弹簧-质量块、拉索-质量块等参激共振模型,建立了索-梁耦合的参激共振模型,推导了无量纲参激共振微分方程组,利用多尺度近似求解方法对系统的参激共振特性进行探讨,并以实际斜拉桥工程中的拉索为研究对象,利用四阶龙格-库塔方法进行了多种工况下的数值模拟分析.研究表明:当耦合系统发生2∶1参激共振时,系统响应对拉索初始位移条件的反应不敏感,而是随着桥面梁端部竖向初始位移的增加而增大,但幅频特性曲线一般为单峰平稳,仅在桥面梁位移激励幅值较大时出现毛刺现象,说明拉索此时发生三维空间振动;特别是当桥面梁端部的位移激励幅值为10-6m量级甚至更小时,仍然能够激起拉索的大幅"拍"振,说明索-梁耦合系统的启动阈值很低,参激共振控制问题不容忽视.     

基于压阻反馈信号纳米梁非线性振动控制

研究了基于硅压阻效应纳米梁非线性振动控制方法。在纳米梁固定端上表面粘贴硅压阻膜片,压阻膜片的电阻值随着纳米梁的振动发生变化。利用惠斯通电桥电路提取振动信号作为电压反馈控制信号,控制纳米梁的非线性振动。用多尺度法求解方程,得到系统主共振的幅频响应方程。由幅频响应方程分析系统非线性振动方程解的稳定性,研究了交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统稳定性和振幅的影响规律。研究结果表明:激励电压由0.25 V减小至0.1 V时,最大振幅衰减60%。无量纲阻尼由0.058 5增加至0.087 8时,最大振幅衰减40%。增大阻尼和反馈增益参数可以减弱甚至消除纳米梁振动的非线性特性。该研究成果为纳米梁非线性振动控制及信号提取提供了一种理论方法。     

索－桥耦合参数振动分析

运用哈密顿原理求得了索－桥耦合非线性振动方程组,并运用龙格－库塔数值分析法进行分析计算,利用MATLAB 得到了频率比、激励振幅、拉索阻尼比、桥面阻尼比对参数振动的影响,对拉索的减振具有重要意义。     

环境温度变化时受简谐激励的斜梁主共振

为揭示环境温度变化对斜梁的影响,基于受简谐激励的非线性振动微分方程,利用多尺度法,获得系统主共振的一次近似解,数值计算结果表明:温度、激励、阻尼、几何尺寸对主共振幅频响应曲线有影响,随着温度影响系数、初始温度和激励幅值的增加,主共振的振幅和共振区增大;随着阻尼的增加,主共振的振幅和共振区减小.     

静电激励纳米梁超谐共振电容控制

为研究静电激励纳米梁非线性振动的超谐共振控制问题,以Euler-Bernoulli梁为模型,提出一种非线性振动电容控制方法。纳米梁平行板电容器形成于纳米梁与平行极板间,其电容值随纳米梁的振动而变化,电容式传感器根据电容变化提取振动信号、产生控制电压。控制电压作为控制信号输入控制器控制纳米梁的非线性振动。应用多尺度法求得系统超谐共振的幅频响应方程,分析了振动方程解的稳定性,以及交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统振动稳定性及振幅的影响规律。应用数值分析方法得到纳米梁振动稳定性与纳米梁参数之间的关系,求得振动响应的稳定解。结果显示:当无量纲阻尼由0.017 5增大至0.020 3或是激励电压幅值减小至1.8 V时,最大振幅分别衰减40%和50%左右;增大阻尼和反馈增益参数能够削弱甚至消除纳米梁超谐振动的非线性特性。该研究结果为控制纳机电系统非线性振动提供了一种新的理论方法。     

刚-柔耦合的对称天线结构非线性主共振

本文研究了主共振激励下空间天线的非线性动态响应.考虑机械臂与天线的耦合,提出了一种由两级刚性臂与两根各向同性柔性梁组成的T-型梁式结构.采用Lagrange方程和假设模态方法,建立了T-型刚柔耦合天线面内四自由度非线性动力学方程.利用多尺度法获得主共振三次近似解,得出系统主共振幅频响应解析方程.对系统幅频响应进行分析,结果表明主共振响应存在多解和非线性跳跃现象,激励对模态幅值及非线性特性具有显著影响.随着激励的增大,系统出现由刚度硬特性向软特性的转变;当激励超过临界值时,系统幅频响应表现出刚度渐软特性,共振频率随简谐激励幅值的增大而减小.     

竖向激励下斜拉桥的内共振动力响应分析

将斜拉桥简化为单自由度振子-索模型,对振动方程进行线性简化;采用Matlab程序和Ansys程序分别对简化模型进行模态分析。索桥频率比分别取0.98、1.00和1.04,在模型支座处施加竖向加速度激励,进行时程分析,求解了系统的动力响应。分析结果表明,单自由度振子-索模型分析斜拉桥的振动问题是有效的和可行的。当索桥频率比在1∶1附近时,拉索与振子的振动存在耦合效应,产生内共振;在简谐支座竖向加速度激励下,系统的动力响应存在瞬态阶段和稳态阶段,响应峰值出现在瞬态阶段,拉索振动以第1阶模态振型为主;拉索动索力和拉索与振子间的相互作用在稳态阶段的幅值均出现漂移现象,拉索动索力变化幅度剧烈。因此,在斜拉桥设计和索力测试中要考虑索桥内共振的影响。     

斜拉桥拉索-桥面耦合振动分析

斜拉桥拉索固有阻尼低、刚度小,容易引起大幅振动.基于拉索振动理论,建立了单根拉索及拉索-桥面耦合振动的方程,分析了拉索振动对桥面的作用以及桥面振动引起的拉索振动.研究表明拉索的大幅振动将对桥面产生很大的作用力,而当满足参数共振条件时桥面微小的振动能引起拉索的大幅振动.图6,参8.     

Parametrically excited oscillation of stay cable and its control in cable-stayed bridges＂

This paper presents a nonlinear dynamic model for simulation and analysis of a kind of parametrically excited vibration of stay cable caused by support motion in cable-stayed bridges. The sag, inclination angle of the stay cable are considered in the model, based on which, the oscillation mechanism and dynamic response characteristics of this kind of vibration are analyzed through numerical calculation. It is noted that parametrically excited oscillation of a stay cable with certain sag, inclination angle and initial static tension force may occur in cable-stayed bridges due to deck vibration under the condition that the natural frequency of a cable approaches to about half of the first model frequency of the bridge deck system. A new vibration control system installed on the cable anchorage is proposed as a possible damping system to suppress the cable parametric oscillation. The numerical calculation results showed that with the use of this damping system, the cable oscillation due to the vibration of the deck and/or towers will be considerably reduced.     

Experimental study on integral axial squeeze film damper to suppress longitudinal vibration of propulsion shafting

This paper aims at investigating the effectiveness of squeeze oil film in suppressing the longitudinal vibration of propulsion shaft systems through a novel integral axial squeeze film damper(IASFD).After designing the IASFD,a propulsion shafting test rig for the longitudinal vibration control is built.Longitudinal vibration control experiments of the propulsion shafting are carried out under different magnitude and frequency of the excitation force.The results show that both IASFD elastic support and IASFD elastic damping support have excellent vibration attenuation characteristics,and can effectively suppress the longitudinal vibration of the shaft system in a wide frequency range.However,IASFD elastic damping support has a more significant vibration reduction effect than the other supports,and increasing the damping of the system has obvious effect on reducing the shafting vibration.For an excitation force of 45 N,the maximum reduction of the vibration amplitude is 89.16%.Also,the vibration generated by the resonance phenomenon is also significantly reduced.     

悬浮隧道管体运动对锚索涡激振动的影响规律

根据锚索式悬浮隧道的运动特性,假设锚索是两端铰接的非线性梁模型,并将管体运动简化为两自由度的质点运动,将其视作一种参数激励。考虑锚索长期处于海流环境下,其顺流向涡激力和管体横荡运动方向一致,锚索的运动响应可能会产生明显变化。建立锚索的非线性顺流向涡激振动方程,并通过Galerkin方法和Runge-Kutta方法对该方程进行求解,选取典型悬浮隧道的结构进行数值分析,结果表明：在锚索前三阶模态中,相比于一阶模态幅值,二阶和三阶模态幅值是一个很小的量,可以忽略不计;参数激励可以使锚索更快进入稳定状态,且对振动幅值的增加有显著影响;参数激励对顺流向涡激振动的影响程度与锚索顶端的端部激励幅值和频率有关。     

地面简谐运动作用下双自由度体系鞭梢效应的影响因素研究

为了更加全面准确地了解双自由度体系鞭梢效应发生的机理及影响因素,针对无阻尼和有阻尼两种情况,以上部结构与下部结构绝对位移的振幅比作为鞭梢效应的表征量,系统研究了外激励频率与上部结构自振频率之比、上部结构与下部结构的质量比和刚度比、结构阻尼比四种参数的影响。结果表明:对于无阻尼体系,鞭梢效应仅与频率比有关,当频率比为1时,振幅比为无穷大;对于有阻尼体系,若结构两阶振型阻尼比相等,随着阻尼比的增大,鞭梢效应减弱,质量比和刚度比不明显影响结构的鞭梢效应;若结构两阶振型阻尼比不相等,当刚度比远大于质量比时,二阶振型阻尼比对鞭梢效应影响更明显;当刚度比小于或等于质量比时,一阶振型阻尼比对鞭梢效应影响更明显。     

永磁调节式磁流变阻尼器在拉索减振中的应用研究

斜拉桥拉索易发生风雨振动,在拉索上安装磁流变阻尼器是一种有效的减振措施.基于洞庭湖大桥拉索减振系统升级改造工程,对永磁调节式磁流变阻尼器进行了力学性能试验,得到了该磁流变阻尼器在不同档位、频率和振幅工况下的滞回曲线,计算了不同档位下的等效阻尼系数,评估了拉索安装阻尼器后获得的实际阻尼比.结果表明,安装永磁调节式磁流变阻尼器后满足拉索减振要求.永磁调节式磁流变阻尼器已成功应用于岳阳洞庭湖大桥,解决了该桥严重的风雨致振动问题.     

某大跨中承式钢箱提篮拱桥荷载试验

新河大桥是一座新建的大跨度中承式钢箱提篮拱桥(主跨196 m)。为准确掌握该桥在服役荷载作用下的力学性能,验证桥梁结构是否达到设计预期,对该桥进行了成桥荷载试验。其中,静载试验选取了11个控制截面,实测了应变、吊杆索力、挠度、拱座水平位移多个力学参数;动载试验测试了结构自振频率以及跑车、跳车、刹车激励作用下结构的动力响应。结果表明：静载试验结构校验系数和相对残余均满足规范要求,吊杆索力和拱座水平位移有较大富余;动载试验实测自振频率高于计算频率,实测阻尼比小于5%,实测冲击增大系数为1.176～1.371。结构各项性能达到设计预期。