移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性，基于轨道-隧道-地基二维耦合模型，通过引入位移势函数和双重傅里叶变换，推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答，研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明，二维耦合模型存在3个自振频率，地层的位移响应以低频为主，峰值频率在1Hz左右，不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主，第二自振频率对应的地层加速度峰值最大，采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移，但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的，改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.     

基于分数导数的橡胶材料两种粘弹性本构模型

分数导数模型能涵盖标准机械模型,并能够比较精确地描述粘弹性材料本构关系。该文对一种橡胶材料进行了不同温度和不同应变幅值下的频率扫描实验,得到了橡胶材料的储能模量、损耗模量和损耗因子随频率的变化情况。分别采用分数阶Kelvin-Voigt模型和高阶分数导数FVMP模型(fraction Voigt and Maxwell model in parallel)预测该材料的频率响应曲线,对橡胶材料动态力学性能进行评估。与实验结果的对比分析表明:分数阶Kelvin-Voigt模型存在一定的误差,而高阶分数导数FVMP模型能较好地描述该材料在不同温度和不同应变幅值下的动态力学行为。     

基于自复位变摩擦阻尼器的结构减震控制

目的针对常摩擦力摩擦阻尼器不能根据结构反应实时调整滑动摩擦力、导致减振效果不稳定的问题,研发一种自复位变摩擦阻尼器.方法基于库仑摩擦定律建立自复位变摩擦阻尼器的恢复力模型,通过对设置以及未设置阻尼器的结构分别进行确定性及随机地震反应分析,研究该阻尼器的减振效果.结果确定性地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能够有效减小结构的层间位移反应,而绝对加速度反应通常有所增大;随机地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能明显减小无控时层间位移较大楼层的位移反应,多数楼层绝对加速度均方根值的均值和标准差有所减小,而楼层绝对加速度峰值大多增大.结论自复位变摩擦阻尼器能明显降低结构的位移反应,且位移控制效果基本上不随输入地震动加速度峰值的变化而改变,但受控结构的加速度反应通常较无控结构有一定增大.     

含分数阶导数的1/4悬架模型时滞反馈控制研究

针对具有时滞减振主动控制技术的车辆悬架,研究分数阶导数和时滞减振联合控制对车辆悬架系统振动的影响。将含有分数阶导数的时滞反馈控制加入到1/4车辆模型中,运用稳定性切换法对系统的稳定性问题进行分析,得到系统稳定的时滞区间。根据车辆平顺性指标,在频域范围内建立基于振动响应量加权均方根值的优化目标函数。利用粒子群优化算法快速寻优特点获取最优时滞反馈控制参数得到优化控制参数;并对系统在时域下进行振动响应仿真分析。仿真结果表明,在简谐激励和路面随机激励下,分数阶导数和时滞减振主动控制技术联合应用到悬架系统中能取得良好的减振效果,可以较好地减小车身振动,提高车辆的平顺性,为车辆悬架主动控制技术提供理论依据。     

基于分布阶导数的本构方程模型的理论分析

研究基于分布阶导数的固体型黏弹材料的本构方程,方程中涉及到关于应变的分数阶导数的阶的积分.用分数阶导数算子_0D_t~α,Laplace变换及其数值逆方法,讨论了本构方程模型的松弛模量和蠕变柔量,谐变应力下应变的瞬态响应和滞后圈的形成.用分数阶导数算子_-∞D_t~α和待定系数方法,研究了模型在谐变应力下的稳态响应.模型能够合理地表示材料的黏弹特性,参数能够特征黏性或弹性的强弱.     

精密平台混合隔减振系统的分析及优化

为了改善精密平台的工作性能,减小台体在宽频环境激励作用下的动力响应,设计了一种基于磁流变阻尼器的混合隔减振系统.首先建立了该隔减振系统的7自由度动力学仿真模型,动力学分析结果表明,该隔减振系统可以在较宽的频域范围控制台体的动力响应.然后,在分析隔减振系统各参数对隔减振效果的灵敏度基础上,采用遗传算法优化其中灵敏度较大的参数,使得该隔减振系统可以达到既定的控制指标.优化分析结果表明,优化后的混合隔减振系统不仅将台体的位移响应控制在限制条件范围内,还能有效减小台体的加速度响应.当频域大于50 Hz时,台体加速度响应控制效果明显;当频率小于50 Hz时,控制效果稍差.     

重载铁路焊接接头不平顺对轮轨动态作用影响

为研究焊接接头不平顺演变对车辆-轨道动态相互作用的影响,现场跟踪测试得到不同服役时期的焊接接头不平顺数据,并利用车辆-轨道垂向耦合动力学模型,从时域和频域两个角度,分析计算了不同服役时期焊接接头不平顺对车轮、钢轨振动加速度及轮轨垂向力的影响.分析结果表明:焊接接头不平顺演变分为马鞍形凹陷形成阶段及焊缝区域内磨损加速阶段;焊接接头不平顺几何形态的演变对时域内轮轨动态响应结果影响显著,随着焊接接头不平顺几何形态演变,轮轨动态响应结果呈先增大后减小再增大的趋势;焊接接头不平顺几何形态演变对轮轨动态响应的频域分布影响较小,轮轨动态响应功率谱密度图中存在明显两个频段,分别为低频段31~35 Hz及高频段530~610 Hz,高频段具体位置和焊缝区域内不平顺几何形态联系紧密.     

地震作用软土震陷特性及变截面群桩动力响应

为研究不同类型地震波作用时软土场地条件下大直径变截面群桩基础的动力响应特性，依托翔安大桥实体工程，通过振动台试验，选取地震动强度均为0.15g的人工合成5010波、1004波，以及Kobe波和El-Centro波，研究了群桩基础桩周土层震陷量、桩身加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩等动力响应特性. 结果表明：地震作用下，软土层发生震陷，震陷量为0.16~0.22 cm，其值与输入地震波的频谱特性有关；桩端加速度时程响应曲线较桩顶及变截面处更为“密集”；软土对加速度产生放大效果，输入地震波加速度峰值出现时刻均早于桩端、桩顶及变截面处；桩身加速度及桩顶水平位移分别在1004波和Kobe波作用下达到最大值；5010波和1004波作用下，桩顶产生永久侧向位移；Kobe波作用下，桩身弯矩峰值最大，且弯矩峰值出现时刻最晚. 因此，在进行群桩基础抗震设计时，针对不同桩基特性可选用不同类型地震波进行验算.     

人行荷载作用下大跨悬挂楼盖调频阻尼控制研究

针对一竖向振动频率处于人行荷载范围的场馆大跨悬挂楼盖进行调频阻尼减振控制研究,对比分析场馆整体结构模型和大跨悬挂楼盖局部简化模型的动力特性,基于最优控制原则设计调频质量阻尼器的参数和布置位置,在一般人群随机荷载、极端人群随机荷载、节拍及跳跃人群荷载等12种人行工况下,研究无控和有控大跨悬挂楼盖结构的人激动力响应.结果表明,楼盖结构在无控条件下的振动加速度响应大大超过限值要求,但通过合理的调频阻尼减振设计,有效抑制该大跨楼盖人激振动响应,最大峰值加速度减振效果达61%;楼盖结构位移响应很小,虽在人激荷载作用下可不予考虑,但调频阻尼器仍对其具有良好的控制效果.研究成果可为类似工程结构在人行荷载作用下的控制设计提供借鉴参考.     

Stewart六自由度并联平台动力学模型振动分析

为提高Stewart六自由度并联减振平台控制精度,采用力学分析、旋转矩阵等方法构建了减振平台的速度特性和加速度特性等动力学分析模型和Adams虚拟样机模型,并对该平台在瞬态激励下上端载物平台的位移输出情况、速度情况和加速度情况以及固有特性进行了振动仿真分析.结果表明:1)上端平台的响应较小,最大的位移出现在0.7s左右且能够很快地保持稳定;2)Stewart六自由度并联平台的一阶固有频率较小,低频特性较好,且在大范围的频率段范围内响应稳定.     

橡胶垫浮置板轨道变形控制及减振分析

在进行轨道结构减振效果的优化设计时,需要考虑结构的变形限值条件.以橡胶垫浮置板轨道为研究对象,采用模态分析和谐响应分析,对轨道系统的振动特性进行了研究.考虑钢轨的变形限值,提出了减振性能最优的板下胶垫刚度.利用建立的地铁车辆-橡胶垫浮置板轨道-基础空间耦合系统动力分析模型,计算了该胶垫刚度下的轨道、基础动力响应,对其减振效果进行了评估.研究表明:橡胶垫浮置板轨道具有较好的减振性能.按照钢轨变形限值4mm控制,轨道固有频率为18.7Hz.在1~80Hz频率范围内,浮置板轨道的综合减振效果为10.4dB.研究成果可用于实际工程,为类似减振轨道结构的选型和优化设计提供一定的借鉴.     

粘弹性分数阶导数模型的等效粘性阻尼系统

粘弹性分数阶导数模型已很好地用于拟合高分子材料的力学特性,但动力学时域响应分析要用到分支解析函数的反Laplace变换,计算非常繁琐.为简化计算,讨论了粘弹性分数阶导数模型的等效线性粘性阻尼系统.对于单自由度系统,得到了等效阻尼,等效刚度的表达式,并比较了δ-激励和简谐激励下原系统和等效系统的时域和频域响应.结果表明,在小阻尼窄带响应条件下等效系统响应与原系统相差很小,此时用等效系统代替原系统可减小计算难度并保证足够的计算精度.     

动态综合时剑杆运动规律的选择

本文对动态综合时剑杆运动规律的选择问题作了讨论。分析了剑杆动态位移的三阶导数和四阶导数对引剑机构名义运动的不利影响,并提出了减小这种影响的措施;对现有的几种剑杆动态运动规律的加速度峰值以及位移对时间的三阶导数和四阶导数进行了比较。最后,本文提出了一种以五次多项式为过渡段的修正梯形加速度规律,该规律保证了剑杆动态位移的三阶导数和四阶导数不发生突变。     

地铁振动衰减特性研究

首先建立隧道-土体有限元模型,分析了1～80 Hz的振动在距隧道中心170 m范围内振动速度和加速度的衰减特性.将轮轨动力耦合分析获得的不同地铁轨道作用在道床上的动荷载作为有限元分析模型中的作用力,计算分析了不同轨道结构地段的地表振动传播特性,结果表明:在50 m范围内浮置板减振效果明显,在50 m以上轨道减振形式对地面振动影响不明显.     

不同高宽比基础隔震结构振动台试验分析

为了观察不同高宽比隔震效果的变化规律,建立4组框架结构模型,高宽比分别为1.0,2.0,3.0,4.0,分别输入不同加速度峰值的地震波,在砂-橡胶粒隔震垫层上进行振动台试验。试验结果表明:随高宽比比值的增大,隔震结构加速度响应随之增大,隔震效果呈降低的趋势;当地震波的加速度峰值较小时,砂-橡胶粒垫层的耗能减震能力不够明显,随着地震作用的增强,其隔震效果明显改善。本次试验反映了高宽比因素对结构隔震效应的影响;同时证明了在大震激励下,砂-橡胶粒垫层具有较好的耗能减震能力,为下一步在工程上的应用提供了试验依据。     

轻轨高架桥地震响应PGA/PGV分析:PartⅠ近断层效应的影响

以城市轻轨钢筋混凝土高架桥为研究对象,分别输入脉冲型、无脉冲型近断层地震和远场地震3种不同类型的地震,建立高烈度区地震作用下的非线性全桥模型,计算了水平及竖向地震作用下桥梁的弹塑性响应,分析了地震峰值加速度与地震峰值速度比值(PGA/PGV)对桥梁地震响应的影响.研究表明,时域分析时,脉冲型近断层地震会造成较大的梁体位移;对于梁体内力,相比其他类型地震,非脉冲地震造成的桥梁惯性力可能较大.频域分析时,相比非脉冲型近断层地震及远场地震,脉冲型近断层地震在较低的频段对桥梁横向响应的影响较大;对于竖向响应,脉冲型近断层地震可以在二阶竖向自振频率影响桥梁地震响应,非脉冲型近断层地震及远场地震在一阶竖向自振频率影响桥梁地震响应.     

利用MRD实现并联机床振动控制的研究

为解决并联机床实际结构动态特性差的弱点,将并联机床简化成黏性阻尼动力学模型,根据振动理论,分析了改变阻尼减小振动的机理.只有在外激励输入频率与结构固有频率的比值超过某一比值时,采用变阻尼控制才有可能同时取得位移峰值和加速度峰值的减少,取得减振控制效果.探讨了半主动控制提高并联机床的动刚度原理,提出采用磁流变液阻尼器作为减振器,提高其动态特性的方法.根据磁流变体的宾汉塑性模型,结合并联机床的特点,设计和制作了并联机床磁流变减振器虎克铰.     

砂土中垫层隔震基础地震响应离心模型试验及数值分析

针对砂土地基中的一种新型基础型式——垫层隔震基础,开展地基-基础-结构动力相互作用的离心振动台试验和三维数值模拟。通过对比不同峰值和类型地震波作用下新型垫层隔震基础与传统群桩基础的动力响应,探讨垫层隔震基础的隔震机理,并结合参数分析垫层厚度等因素对垫层隔震基础地震响应的影响规律。结果表明,与群桩基础相比,垫层隔震基础的上部结构加速度降低,但其峰值及残余位移较大;桩顶约束减弱,筏板与垫层在强震下相对滑动,传递的惯性力降低,导致桩身最大弯矩减小且位置下移;桩身弯矩随垫层厚度的降低而显著增大。     

表面阻尼涂饰意杨单板的动态力学特性

为了开发防滑减振结构型胶合板,采用阻尼涂料对意杨单板进行表面涂饰处理,应用动态热机械分析技术,研究了意杨单板阻尼体系的动态力学特性,以构建具有自由型和约束型两种阻尼结构的新型木基阻尼结构体系。结果表明:①通过在意杨单板表面涂饰阻尼涂料构建意杨单板阻尼体系是可行的,该阻尼体系在常温环境下具有优异的阻尼性能。②涂层厚度对意杨单板阻尼体系的性能具有显著影响,损耗因子和有效阻尼温域均随阻尼涂料厚度的增加而增大,自由型阻尼涂料厚度为0.5～2.0 mm时,体系的损耗因子普遍高于0.10,峰值可超过0.30,约束型意杨单板阻尼体系在涂料厚度2.0 mm条件下损耗因子最大可达0.12。③意杨单板阻尼体系的动态力学行为与常规黏弹性高分子聚合物类似,满足温频等效机制。④采用阻尼涂料对意杨单板阻尼改性,自由型阻尼结构优于约束型阻尼结构。综合考虑,建议采用自由型阻尼结构,阻尼涂料厚度控制在1.5～2.0 mm。     

轨下基础参数对钢轨动力响应的影响

以钢轨动力响应周期解析法为理论基础,采用双层弹簧阻尼支承的Timoshenko梁为轨道的力学模型,从时域和频域两方面计算分析了钢轨垫层刚度、轨枕质量、轨枕垫层刚度、钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼及轨枕间距对钢轨点动力响应的影响.随着钢轨垫层刚度和轨枕垫层刚度的减小,钢轨的振动响应增大;随着轨枕质量的增大,钢轨的振动响应减小;随着轨枕间距的减小,大部分频段内的振动响应减小,小频段内的振动响应值增加;钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼对钢轨的振动响应基本不产生影响.