弹性地基不可伸长梁的1/3次亚谐共振响应

针对横向简谐激励下弹性地基上不可伸长梁的1/3次亚谐共振响应进行研究.基于已建立的弹性地基上不可伸长梁的非线性动力学模型,利用多尺度方法得到梁的1/3次亚谐共振幅频响应方程,进而作出幅频响应曲线,分析了弹性地基模型、Winkler参数、边界条件等对弹性地基梁非线性动力学特性的影响.结果表明:边界条件导致弹性地基剪切参数对1/3次亚谐共振响应的影响效应发生定性改变;在通常情况下,Winkler参数对弹性地基梁1/3次亚谐共振响应的特性起控制性作用,其增大将抑制幅频响应方程的非平凡解;若梁端约束为铰支-自由,应注意外激励幅值对系统动力学特性的影响.     

深海顶张式立管组合参激共振的非线性振动分析

研究了深海顶张式立管参数激励和涡激共同作用下的非线性振动特性.考虑平台升沉运动激励和涡激力建立立管振动方程,采用多尺度方法求解立管振动方程的近似解析解.考虑和型组合参激共振1 2?????情况研究立管的振动特性,计算得到了立管的幅频响应曲线,分析了平台升沉运动对深海立管非线性振动的影响.结果表明:当参激频率满足和型组合参激共振条件时,立管振动响应中频率为1/2参激频率的亚谐波成分明显;且由于内共振关系的存在,立管1阶模态被激发,其幅值远大于2阶模态幅值;随着平台升沉运动幅值的增大,立管横向振动幅值显著增大,这表明平台运动对于立管弯曲振动有重要影响.     

非线性电容RLC串联电路的1/3亚谐共振

以非线性电容RLC串联电路为研究对象,应用拉格朗日方法建立了非线性振动方程,基于多尺度法得到1/3次亚谐共振的一次近似解,数值计算分析可知电容、电感、电阻和电动势对亚谐共振幅频响应均有影响.结果表明:1/3次亚谐共振区域对电动势值敏感,电动势、电阻或电容大于一定值后,系统将不出现1/3次亚谐共振响应.运用Matlab的Simulink工具,对RLC串联电路系统进行仿真.     

非线性材料柱在轴向激励下的1/2亚谐共振特性

在考虑材料的非线性本构关系基础上,建立了非线性材料柱在轴向激励下纵向振动的非线性动力方程,采用谐波平衡方法求得了非线性材料柱在轴向激励下的1/2亚谐共振的近似解,并讨论分析了非线性材料柱在轴向激励下的1/2亚谐共振周期解的稳定性,给出了其动力不稳定的条件. 经讨论分析可知:随着轴向激励力振幅的增大,非线性材料柱1/2亚谐共振的振幅、共振区域、不稳定区域也增大;随着非线性材料柱的横截面积的增大,非线性材料柱1/2亚谐共振的振幅、不稳定区域将减小,共振区域则增大.     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的1/3次亚谐波共振

通过Galerkin方法,将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程.应用非线性振动的多尺度法,求得了系统满足1/3次严谐波共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动,并对其进行数值计算,分析了激振力、调谐值、阻尼系数、非线性参数对系统的影响,揭示了一些新的动力学现象.     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的1/3次亚谐波共振

通过Galerkin方法,将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程.应用非线性振动的多尺度法,求得了系统满足1/3次严谐波共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动,并对其进行数值计算,分析了激振力、调谐值、阻尼系数、非线性参数对系统的影响,揭示了一些新的动力学现象.     

弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振响应分析

基于建立的弹性地基不可伸长梁的非线性动力学模型,针对横向简谐激励下弹性地基梁的3次超谐共振响应进行研究,分析了主要参数对其非线性动力学特性的影响.利用多尺度方法,求得弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振幅频响应方程,进而得到梁的幅频响应曲线并分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值及边界条件等对梁非线性动力响应的影响.结果表明:三参数模型中第二弹性层促进梁动力响应软弹簧特性的发展,且该模型强化梁动力响应的非线性特性;外激励幅值对梁3次超谐共振响应的动力学特性有一定影响,引起骨架曲线初始偏移量的改变.     

2∶1内共振下超临界输流管道的强迫振动

高流速输流管道广泛应用于航空航天发动机等领域。为了掌握其在超临界流速下的动力学响应特征,基于坐标变换法建立了超临界输流管道的运动方程,并使用Galerkin截断法将运动方程离散为非线性常微分方程。通过增量谐波平衡法求解系统具有2∶1内共振时的非线性动力学响应,通过Floquet理论研究系统响应的稳定性和分岔行为,并使用数值积分法模拟了系统的拟周期响应。研究结果表明：当系统存在2∶1内共振时,系统响应发生不对称的双跳跃现象;而且2∶1内共振会导致能量在模态间相互转移,导致系统发生鞍结点分岔和Hopf分岔行为,引起系统响应的拟周期行为。分析系统参数对响应的影响表明,增加阻尼和减小激励幅值可以降低系统发生拟周期响应的可能性。可见,2∶1内共振是影响输流管道动力学特征的重要因素,因此设计中应该避免系统存在2∶1内共振,也可通过增加阻尼或减小激励的方式减少系统发生拟周期响应。     

随机地震激励作用下水中悬浮隧道锚索的动力响应

文章采用Morison公式,考虑水体对结构动力响应的影响,建立地震作用下水中悬浮隧道锚索的非线性动力方程;运用振型分解法求解结构动力方程系列解,等效线性化处理动力方程非线性项,采用虚拟激励模拟随机地震输入,数值模拟随机地震下水中悬浮隧道锚索的动力响应,给出锚索的位移和速度功率谱;通过位移和速度功率谱分析可得随机地震激励作用下水中悬浮隧道锚索的动力行为。     

复合材料层合悬臂板的非线性动力学研究

 以飞机机翼的颤振为实际工程背景,考虑高阶横向剪切效应、几何大变形和横向阻尼的影响,基于Reddy的高阶剪切变形理论和von Karman的大变形理论,利用Hamilton原理对纤维增强复合材料层合悬臂板的非线性动力学问题进行了研究。建立了复合材料悬臂板在面内激励和横向外激励联合作用下悬臂板广义位移形式的偏微分运动控制方程。利用Galerkin方法,选取二阶模态对复合材料层合悬臂板偏微分形式运动控制方程进行二阶模态截断,得到了具有三次非线性项、参数激励项和横向激励项的常微分形式二自由度非线性动力学方程。在考虑主参数共振和1:2内共振的情况下,用多尺度法获得了复合材料层合悬臂板四维直角坐标形式的平均方程。在平均方程的基础上,利用数值方法分析面内激励和横向激励幅值对系统非线性动力学特性的影响,得到了1:2内共振时复合材料层合悬臂板动力学方程的平面相图、波形图、三维相图和频谱图。结果表明,随着外激励的变化,系统会出现单倍周期运动、多倍周期运动、概周期运动和混沌运动。     

水平地震下单桩动力响应的数值模拟及参数分析

针对水平地震作用下的桩土相互作用体系,建立了单桩-地基土系统三维有限元几何模型,运用此模型,对系统进行了水平地震作用下的单桩横向非线性动力响应分析,计算中,考虑了地基土的材料非线性、桩土界面状态非线性以及桩土弹模比、土体材料阻尼比和输入地震动水平等非线性因素和材料参数的影响.计算结果表明:桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为明显.     

海上风电机组单桩基础模态及参数敏感性分析

采用里兹向量直接叠加法,在考虑桩-土相互作用的条件下对海上风机单桩基础进行模态分析,得到了单桩基础9阶模态特性,基于精确的基础设计,有效地避开了风机叶片工作时的振动频率以及海浪的波动频率.发现前2阶水平向弯曲振型频率为判断单桩基础共振的主要频率.通过探讨套筒、土体、桩基础等方面的一系列参数对单桩风电机组基础模态的影响规律发现单桩基础自振频率随着套筒壁厚、土层水平向参数、桩体壁厚、桩径的增大而增大,随桩悬臂长度的增大而减小,其中受桩径影响最为显著.单桩基础自振频率随桩体埋深呈现非线性变化,并存在临界深度,超过该深度后频率基本保持不变.桩侧土体的摩阻力大小对水平向弯曲振型没有影响.     

基桩的临界屈曲模态跃迁

考虑桩侧土摩阻力和水平抗力,建立基桩在轴向压力作用下的平衡方程.通过假设桩侧土阻力沿桩长均匀分布,水平抗力为弹性地基模型,采用级数法对基桩的屈曲问题进行求解.通过数值算例,分析水平抗力沿桩长分别为均匀分布和线性分布的情形下,两端铰支基桩的稳定性问题,重点讨论基桩在桩侧土抗力和摩阻力作用下的临界模态跃迁的现象.结果表明,由于桩侧土水平抗力的存在,使得基桩的临界屈曲荷载不一定是一阶屈曲模态所对应的屈曲荷载值.     

高桩码头叉桩布置形式抗震性能分析

以湛江某高桩码头单个结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行地震动力响应分析,对比分析了4种叉桩布置形式在不同水平方向地震作用下码头桩基内力受力特性。计算结果表明:桩基横轴对称布置结构在横向水平地震作用时,整体最大位移和桩内力均较小;桩基双轴对称布置形式在不同水平方向地震作用下结构响应比其他形式相对较小。在高桩码头的抗震设计中,叉桩不会碰桩的情况下,采用桩基双轴对称布置形式较为合理。     

苏通大桥主塔墩基础群桩效应研究

在苏通大桥主塔墩群桩基础与土体共同作用三维非线性有限元方法分析的基础上,研究了群桩效应对高桩承台底面受力与变形特性、基桩轴力分布、桩侧摩阻力、桩底土附加应力的影响以及桩数变化对群桩效率系数的影响,拟合得出了苏通大桥基桩轴力和群桩效率系数的计算方法.结果表明,在桩径和桩距一定的条件下,群桩效率系数的变化幅度随桩数的增加逐渐减小,并最终趋于定值.     

动静荷载综合作用下桩土共同作用的机理研究

轴向荷载作用下桩与土体的相互作用理论日趋成熟,但是,迭加水平荷载作用后,桩土相互作用机理更复杂,研究面临新的课题,工程上断桩、裂桩的现象时有发生。针对这一问题,主要分析了静压桩施工过程中,由于压桩机运行荷载与轴向荷载的共同作用而产生桩体受损的原因,在轴向荷载作用下桩与土体相互作用模型的基础上,考虑了压桩机水平振动荷载的作用,建立了轴向静荷载与水平向动荷载共同作用下桩土相互作用模型,并初步进行了工程实例验证,结果尚令人满意。     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

硅藻土层水平抗力系数的比例系数m值试验研究

硅藻土是一种特殊性质的土,其工程力学特性的研究相对较少,尤其是工程上常用的地基土水平抗力系数的比例系数m值,针对m值的研究更少。在硅藻土地层桥梁灌注桩水平承载力设计中,m值的大小非常重要,却缺乏有效的取值依据。本文依托新建杭绍台高铁工程,在硅藻土试验区开展了3根灌注桩的水平静载荷试验,得到了桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值,根据硅藻土强度试验指标和相关规范方法进行计算,得到了白色、兰色和黑色三类硅藻土的m值,经验证与测试桩水平静载试验结果一致。研究成果可为硅藻土地层桥梁桩基或类似工程的设计参数取值提供参考。     

橡胶混凝土与常规混凝土组合桩抗震性能研究

地震中,桩基础常常因抗弯能力不足或位移过大而发生破坏.为改善桩基的抗震性能,研发了一种上部为橡胶混凝土、下部为常规混凝土的组合桩.为分析组合桩的抗震性能,在施工现场采用落锤激振模拟震源,对组合桩进行现场足尺试验研究.研究表明:桩顶荷载产生侧向约束,可增强桩基抗震性能.试验中,橡胶混凝土桩段与桩身长度比小于1/6时,荷载约束影响深度为橡胶混凝土桩段长度,橡胶混凝土桩段与桩身长度比大于1/6时,荷载约束影响深度恒为1/6桩长.桩位临近震源,橡胶混凝土桩段减震作用明显,随着桩位远离震源,橡胶混凝土桩段减震性能降低,且不再全长发挥作用.减震效率和橡胶混凝土桩段与桩身长度比值的拟合曲线呈S形,抗震设计时,不可采用持续增加橡胶混凝土桩段长度的方式提高桩的抗震性能.     

地震载荷下桩-土-上部结构作用机理与数值模拟

桩-土-结构动力相互作用机理研究是提高动力作用下桩基础安全性的重要基础。在分析目前桩基抗震的主要计算模型及分析方法基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桩-土-结构动力相互作用体系进行了水平地震荷载下的二维弹塑性有限元分析。比较了角桩、中间桩和中间边桩的剪应力幅值沿桩身的分布,得出了桩身剪应力幅值分布都呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布;角桩剪应力幅值较大,边排中桩和中桩的剪应力幅值较小;随着桩间距的增大以及桩边长的减小,不同位置处的桩所分担的剪应力比例差距越来越小;桩土之间的滑移量在桩顶处大,桩尖处滑移量小;桩-土接触界面在动力作用过程中桩顶剪应力幅值有增大-减小-增大的变化规律。