某体育馆屋盖结构风致响应及风振系数研究

为研究参振振型对大跨屋盖结构风致响应和风振系数的影响,根据对某体育馆进行风洞刚性模型测压试验所获得的数据,计算了该体育馆屋盖结构的风致响应及风振系数,进而研究了参与计算的振型数量对于风致响应和风振系数分析结果的影响,并且对比分析了考虑各振型交叉项的CQC法和不考虑振型交叉项的SRSS法时的分析结果,发现是否考虑高阶振型对体育馆屋盖结构的风致响应与风振系数的计算结果有一定的影响,而振型交叉项的影响也不可忽略。     

考虑下部结构支承刚度的大跨度屋盖风致响应分析

在对广州国际体育演艺中心实施刚性测压模型风洞实验的基础上,对分别采用整体模型与简化整体模型对其上部大跨度空间屋盖钢结构的风致动力响应进行对比分析与研究。同时,在分析结构风致振动响应计算方法时,分别采用传统的多阶自由振动模态和基于荷载的Ritz向量模态进行对比分析,其中基于荷载的Ritz向量求解所需的初始荷载模式通过本征正交分解(POD)技术获得。研究结果表明:简化整体模型风致响应的计算结果比整体模型的风致动力响应稍大,其主要原因是在采用相同数目的参振模态时,简化整体模型所包含的对屋盖风致响应有直接贡献的模态比整体模型的模态多;所提出的基于屋盖表面风荷载的Ritz向量法求解仅使用少数参振模态,即可获得传统模态叠加法同样精度的风致振动响应,说明该方法是有效的。     

输电塔风致响应的时频域计算方法和比较

针对输电塔顺风向风致响应的各种时频域计算方法的适用性问题,以两个典型输电塔为例比较各种方法获得的结果,探讨输电塔的响应特征和各种方法的适用性,为输电塔顺风向风致响应的计算提供参考.研究表明:时频方法和频域的两种方法(完全二项式(CQC)法和背景加共振法)得到的结果非常接近,说明这些方法均适用于求解输电塔结构的风致响应;在频域分析中,模态交叉项的贡献不可忽略;对于较柔的输电塔,只考虑第1阶主参模态会产生较大的误差,须要考虑多阶模态的参与.     

弦支穹顶结构的风振响应分析

在考虑了风向角和水平脉动风速谱对结构响应计算结果影响的前提下,采用完全二次型组合法(CQC法)对实际大跨弦支穹顶屋盖结构进行了风振响应的频域分析,得到了不同风向角下该弦支穹顶屋盖结构的风振系数,分析了参振模态数目对结构响应计算结果的影响,并将其他4种脉动风速谱与常用的Daveport谱的风振响应计算结果进行了对比.分析结果表明:结构不同区域的最敏感风向角不同,结构中心部位对45°风向角最为敏感,除中心和悬挑部位以外的其他部位对0°风向角最为敏感;所有区域对90°风向角最不敏感;结构的内力风振系数总体上较位移风振系数分布均匀;参振模态数对该实际结构响应计算结果的影响较为明显,因此建议选取的参振模态数不小于100.另外,Harris谱不适合用于该结构风振响应的频域分析.     

一致耦合方法的提出及其在大跨空间结构风振分析中的应用

在结构动力学和随机振动理论基础上,推导结构脉动风总响应和等效静风荷载(ESWLs)的真实组合公式,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法来求解结构的风致响应和ESWLs.用一悬臂结构的经典算例验证本文程序的正确性;并以大跨度空间结构为例,采用CCM方法以及改进的三分量方法进行风致响应和ESWLs计算,通过与全模态CQC精确结果进行对比分析,揭示三层耦合项的参与机理.研究结果表明:本文方法精度高,对求解此类结构风致响应和ESWL有效.     

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别，其主要贡献模态一般不是第一模态，而往往分布在前数十阶模态．寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义．文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法，计算了单层柱面网壳的风振响应，分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献，讨论了计算综合模态时所需的振型数；针对结构自振频率的密集性，揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数，并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数．     

伞形膜结构风压和风振模拟与分析

针对工程常见的八角伞形膜结构,基于ADINA软件开展结构表面风压和结构风振响应的数值模拟,分析结构风致位移响应、速度响应、加速度响应、等效应力等关键风效应,研究膜结构的矢跨比、风向角、膜初始预张力、膜帽处开敞与封闭情形等关键参数对表面风压和结构风振的影响规律,揭示了此类膜结构风振规律和结构风压系数.研究成果可为此类结构的抗风设计计算提供参考.     

大跨度桥梁耦合抖振正交组合分析方法的应用

结合耦合抖振分析有限元完全正交组合（CQC）方法，编制了大跨度桥梁结构三维抖振分析模块，并选择薄平板截面简支梁结构的耦合抖振问题作为算例进行验证，从分析中发现，此方法的分析结果与Scanlan方法的结果相当吻合，还对主跨跨度1385m的江阴长江大桥的耦合抖振问题进行了分析和研究。分析结果表明，振动模态的气动耦合对系统复模态的阻尼比有较大的影响，在大跨度悬索桥中，对于主梁的竖向和扭转位移抖振响应多模态效应和模态耦合效应非常显著，在高风速区传统的SRSS方法将低估这些抖振响应。广义抖振力的交叉功率谱密度对大跨度桥梁结构耦合抖振响应的作用不可忽略。此外，对江阴悬索桥来说，在设计风速下纵向和竖向脉动风速的交叉风谱对结构抖振响应有明显的影响，在以后研究分析中应该给予重视。     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法),结合风洞测压试验获得的表面气动力模式,分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响,对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算,对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律,为进一步理解冷却塔结构风致振动现象,避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

翼吊发动机吊架结构等效建模及减振特性分析

为了验证翼吊发动机吊架结构设计对发动机振动传递的减振效果,必须对其进行相关的结构动力学分析。本文根据实际发动机吊架结构,采用ANSYS软件建立了吊架结构的等效模型,并对其进行了振动模态分析;在发动机三种典型工况（起飞、巡航、空慢）的实测载荷作用下,分析了吊架结构的减振特性,并研究了吊架结构减振效果与结构动刚度的关系。研究结果表明,发动机吊架结构设计具有较好的减振效果,但由于吊架结构的动刚度随激振力频率变大而增大,其高频减振效果稍有降低。     

采用Kagome夹心板的航天器仪器安装板振动控制

为了实现航天器仪器安装板的振动控制,建立了采用Kagome夹心板制作的仪器安装板的有限元模型,并选用一种圆柱形黏弹性阻尼器,通过Biot模型建立了该阻尼器的有限元模型;计算了各阶模态中Kagome平面桁架的模态应变能在结构总模态应变能中所占的比例,将其作为模态可控度,再结合给定载荷情况下的模态位移来确定需要控制的模态,由此提出了一种利用模态应变能比来控制多模态振动的阻尼器布置方案.特征值分析及时域响应数值模拟表明,该阻尼器布置方案只需使用很少数量的阻尼器,便可以显著增加较宽频带内所有模态的阻尼比,而且对于其他模态的振动也有一定的抑制作用.     

基于三级数法的高耸结构弛振分析

应用三级数法求解横风向的弛振的非线性运动微分方程,得到了三维结构的简明的稳态响应和临界风速表达式.从理论上阐述了可能发生弛振的关键因素:即升力线斜率为较大的负值,也就是只有非流线形的剖面,形成气流分离的结构才可能出现.形成不稳定的充分条件是结构的质量轻、刚度小、阻尼小、或是高度(长度)大、长细比大.非线性速度平方项不影响临界风速值,但它使弛振的稳态响应加大,使频率减小,临界风速只取决于速度的一次项.而且弛振响应在最初的几分钟也几乎完全取决于速度的一次项.算例表明,该方法是有效的,可以很方便的应用到工程实际当中.     

悬吊质量结构减震性能的研究

论述了在高层建筑结构中利用悬吊质量摆减震的原理并对其减震性能进行了研究.通过对具有不同悬吊质量摆的高层建筑结构的自振特性及反应谱法地震反应分析,得出在高层建筑结构顶部几层设置几个质量摆且质量摆的频率和结构的基频相近时减震效果最好.用反应谱法对悬吊结构进行地震反应分析时,所考虑的振型数应为结构的第一振型和相应于结构振动的前几个振型.     

滑移隔震结构非平稳随机响应的动力特性分析

基于指数摩擦力模型，利用预估校正的数值积分方法计算滑移隔震结构的动力响应，分析了地面谐振运动下结构的加速度传递率及基底滑移率随频率比的变化规律，并发现滑移隔振结构的振动有振幅跳跃，基底爬行等非线性动力特征。将地震地面运动模拟成非平衡随机过程，基于离散小波变换得到地面运动离散小波系数的统计值，并以此作为输入，使用等价线性方法获得了滑移隔震结构在非平衡地震作用下的均方滑动位移和速度反应。最后，给出了这种结构的最大滑动位移响应随滑移面摩擦系数的变化曲线，可供设计时参考。     

基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化

针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标,建立了转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励,以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件,建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知,优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%,表明所建立的优化设计方法是正确的.     

基于杠杆的位移放大型黏滞阻尼墙试验研究

为了解决传统黏滞阻尼墙需要较大墙面积来提供足够阻尼力的问题,设计了一种基于杠杆的位移放大型黏滞阻尼墙.对传统黏滞阻尼墙和位移放大型黏滞阻尼墙的对比试件进行了滞回试验,检验了位移放大型黏滞阻尼墙的放大效果.将传统黏滞阻尼墙阻尼力公式中引入位移放大倍数,得到了位移放大型黏滞阻尼墙阻尼力公式,计算结果与试验结果吻合较好.对位移放大装置间隙导致的滞回曲线滑移现象进行了模拟,通过理论推导研究了间隙比对耗能降低率的影响程度.     

半主动直接输出反馈滑模模糊控制电流变阻尼器减振研究

针对多层结构电流变阻尼器减振系统运动状态难以完全实时测量、外界扰动和系统参数摄动界限难以准确估计以及阻尼器连续可调的特点，提出了半主动直接输出反馈滑模模糊控制策略．它是利用滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模梯度参数，根据滑模到达条件和电流变阻尼器最大可控阻尼力设计输出反馈滑模模糊控制器，而可控屈服阻尼力对主结构做负功控制规则以保证主结构最佳减振．仿真分析表明，半主动滑模模糊控制电流变阻尼器减振效果明显．     

高层建筑干扰气动阻尼的试验研究

在风洞中采用气动弹性模型技术和高频动态天平技术研究了两个高层建筑间的风致动力干扰效应 .根据气弹模型试验数据 ,采用随机减量法 (RDT)及特征系统实现算法 (ERA) ,首次研究了在受扰情况下高层建筑气动阻尼的变化 .在某些工况下 ,受扰建筑的气动阻尼为负值 (且绝对值较大 ) ,使结构总阻尼很低 ,导致了受扰建筑高的动力响应及高的动力干扰因子值 .根据受扰建筑的新的阻尼值 ,重新对高频动态天平试验的数据进行了计算 ,所得动力干扰因子与气弹模型试验结果趋于一致     

非结构件和设备的抗震设计楼面谱

第一代楼面谱将设备与结构解耦，大大方便了设备抗震设计。但因未考虑设备的反作用，所得楼面谱误差过大。文中讨论第二代楼面谱，考虑设备对楼层的质量比不很小时，设备的反作用不可忽视，特别是当设备频率与结构相近（调谐）时影响显著。而且设备阻尼一般不同于结构阻尼，调谐时非经典阻尼的影响明显不同于经典阻尼。用随机振动法建立了由地面反应谱计算设备反应的程序，并针对６座典型高层建筑计算了６００余条楼面谱，从中给出了设计用楼面谱