弹簧地基上大直径单桩海上风机的一阶自振频率

自振频率是海上风机前期动力设计的主要难点之一,计算精度要求极高,而桩-土相互作用对自振频率影响显著。目前,针对桩-土相互作用普遍采用弹簧地基简化模型,为对比分析不同弹簧地基简化模型的准确性和精度,本文采用回传射线矩阵法,建立固定端、单弹簧、双弹簧和三弹簧这4种地基简化模型,基于Bernoulli-Euler梁理论和Timoshenko梁理论,求解风机系统的自振频率,并与风机基频实测值作对比,进一步分析三弹簧简化地基模型中地基旋转刚度、地基耦合刚度和地基水平刚度对风机系统基频的影响。研究结果表明,桩-土相互作用不可忽略,三弹簧地基简化模型计算风机系统基频精度最高;地基刚度对风机系统基频的敏感性次序为,地基耦合刚度>地基旋转刚度>地基水平刚度;当地基旋转(水平)刚度较小时,地基耦合刚度与地基旋转(水平)刚度的耦合效应对风机系统的基频影响较大;地基耦合刚度与地基旋转刚度的耦合效应对风机系统基频的影响程度大于地基耦合刚度与地基水平刚度的耦合效应。     

带弹簧-质量系统的车-桥耦合演变随机振动

提取悬挂有弹簧-质量系统桥梁的模态函数,将车辆简化为一个两自由度的移动系统,以桥面不平度功率谱密度为输入,建立车辆与带弹簧-质量系统的桥梁的耦合系统力学模型. 结合状态空间理论和演变随机过程的一般理论,研究车-桥耦合演变随机振动的弹簧-质量系统控制. 通过数值算例可知:弹簧-质量系统对车辆的随机响应没有影响,而可以降低桥梁的随机响应. 最后,探讨了弹簧-质量系统与桥梁质量比、弹簧--质量系统个数对桥梁随机响应的影响.     

半正定系统基频估算公式研究

 基于作者提出的半正定系统简明正定化新方法,归纳了将Dunkerley法拓展应用于半正定系统的方法和步骤,并提出了半正定系统基频估算新公式..研究发现,半正定系统和正定系统在基频估算上存在相似的规律,都可以通过其基本子系统自然频率估算全系统的基频.对于各个质量间用线性弹簧串联联接的线性无阻尼半正定系统,其基频平方的倒数等于将系统按照弹簧联接关系划分为两个质量刚性组合体时所得的各个自然频率的平方倒数之和.     

用振动试验方法测定羽毛球拍杆的刚度

将羽毛球拍杆简化为单自由度弹簧质量系统,用振动试验方法测出系统的固有频率,用于计算羽毛球拍杆的抗弯刚度,并以此作为评定羽毛球拍杆软硬度的指标. 振动试验方法方便、准确,可用于代替现行弹性测试法,作为测定羽毛球拍杆软硬度的标准.     

随机振动试验法测定钢丝绳的弹性模量

运用振动理论,将钢丝绳和下挂配重简化成单自由度弹簧质量系统,利用随机振动锤击法测量系统的频率,用于计算钢丝绳的弹性模量;同时应用弹性体的纵向波动理论,推导系统的固有频率,对比两者固有频率的表达式其结果一致. 随机振动试验法简单、实用,可用于测量钢丝绳的弹性模量,作为钢丝绳弹性模量测试方法的一种补充.     

带非线性弹簧的两自由度准零刚度隔振系统力传递率特性

基于多自由度系统中的反共振特性,分别在传统线性隔振系统的上、下两层引入非线性倾斜弹簧负刚度机构,构成两自由度准零刚度隔振器。通过静态特性分析,推导出系统满足零刚度条件时,各参数之间的关系,分析了力学参数及结构参数对系统刚度特性的影响。建立两自由度准零刚度隔振系统的非线性动力学方程,利用平均法求解,推导出力传递率表达式,结合数值分析方法,探讨系统在不同的上、下层隔振器阻尼比、竖直刚度比及质量比情况下的力传递率特性,并与单自由度准零刚度隔振系统及线性斜弹簧两自由度准零刚度隔振系统进行对比研究。结果表明：当结构参数 （即：倾斜弹簧处于静平衡位置的长度与倾斜弹簧原长的比值）较小且倾斜弹簧为软化弹簧时,可在平衡位置附近获得较小的系统刚度及较大的低刚度区间;通过选择适当的上、下层隔振器阻尼比、竖直刚度比与质量比,可减小系统的起始隔振频率,增宽隔振频带,加快系统力传递率在特定频段内的衰减速率,改善系统的低频隔振性能。     

基于虚拟变形法的车-桥耦合系统移动质量识别

利用双自由度质量-弹簧阻尼模型模拟移动车辆, 并基于虚拟变形(VDM)方法的结构快速重分 析思想, 提出一种车-桥耦合系统的移动质量快速识别的有效方法. 该方法以双自由度车体模 型的质量为变量, 通过最小化桥体结构实测响应和计算响应的平方距离来识别移动质量 (载荷), 避免了识别载荷时常遇到的病态问题, 对噪声鲁棒性强, 且需要传感器信息少. 每步优化 中, 利用在VDM方法基础上提出的移动动态影响矩阵概念, 无需时时重构车-桥耦合系统的时 变系统参数矩阵, 显著提高了计算效率. 利用数值框架梁模型, 通过比较不同车辆简化模型 对移动体质量及等效移动载荷的识别效果, 验证了该方法的可行性和有效性, 即使在5% 的噪声影响下, 利用一个传感器可以准确地识别多个移动体的质量.     

有限元—传递矩阵法求解链式结构非线性系统的动力响应

本文提出一分析多自由度非线性振动系统时域响应的数值计算法,并就一三自由度非线性系统,分别计算了此系统具有一个非线性弹簧、两个非线性弹簧和三个非线性弹簧三种情况下的动态响应;通过与对应的线性系统响应结果的比较,验证了此法的有效性、可靠性和多种优点.     

多自由度系统中的反共振

本文讨论了多自由度机械系统中的各种反共振情形.阐明了反共振,特别是传递反共振的物理机理.所得结果有助于深入理解机械系统的振动特性. 所谓反共振指的是弹性系统在某些特定频率的谐和激励作用下,系统某些部位出现谐和反应等于零的情形.换句话说,反共振情形也就是指在某些频率上系统某些部位的动柔度为零.本文就多自由度弹簧质量系统,从理论上导出反共振的一般规律,并给予清楚的物理解释.     

两自由度的Burridge-Knopoff模型的一种近似分析方法

Burridge-Knopoff模型是速度驱动的多质量的质量弹簧系统.它是用来进行地震机理研究的一种摩擦动力系统的模型.本文考查了具有两个自由度的Burridge-Knopoff模型的摩擦激振问题.摩擦的不光滑性给系统的求解带来了很大的困难.又系统带有两个摩擦接触面,运动情况更加复杂.本文通过对摩擦力取平均的方法,得到了系统在各个运动形式下的通解,采用半解析的方法对此两自由度的系统进行了研究.通过以上方法,给出了一种周期运动的具体运动形式以及位移和速度的时程关系;并且发现在不同驱动速度的情况下,随着驱动速度的增大,系统的运动形式存在简单和复杂交替出现的现象,并给出了不同系统参数下的分岔图.     

自由振动中弹簧质量分支系统的系统矩阵确定准则

本文审定了弹簧质量分支系统作自由振动时的系统矩阵构成准则,对准则进行了调整,更便于应用.此外在文字叙述上更明确肯定.文中又将此准则扩大应用于直连通型弹簧质量系统,使准则适用于自由振动中的一切弹簧质量系统.     

一类非连续阻尼力分段线性系统的分岔研究

以某货车的主副钢板弹簧后悬架系统为模型, 建立了一类两自由度具有非连续阻尼力分段线性系统的微分方程. 建立Poincaré映射, 推导了系统在各分界面处的跳跃矩阵, 经分析得知跳跃矩阵与系统的弹簧刚度无关, 只与阻尼力有关. 通过数值方法进一步揭示了系统发生的Neimark-Sacker分岔现象. 分析了在单边横截穿越情况下阻尼系数对系统稳定性的影响. 对该类碰撞系统分岔和混沌的研究, 有助于工程中此类弹性碰撞系统的优化设计.      

均质简支梁简化为单自由度系统条件研究

简支梁是土木工程中的常见结构形式，工程计算中常将其简化为单自由度系统进行初步分析和计算．本文系统地讨论了简谐荷载作用下将简支梁简化为单自由度系统进行竖向位移计算的限定条件．对限定条件分析发现将梁上质量的一半集中到梁跨中处所得近似结果精度最好．给出公式可以通过单自由度系统的位移得到梁上任意点处的竖向位移．本文对结构力学教材中的集中质量法进行了进一步的分析和讨论，给出的近似计算公式对土木工程中简支梁在简谐力作用下竖向位移的快速估算具有一定的参考价值．     

单足跳跃的定性分析

本文利用双质量－弹簧系统作为单足跳跃的简化模型，并利用相平面法作定性分析，以讨论跳跃运动的着地碰撞现象．     

单足跳跃的定性分析

本文利用双质量－弹簧系统作为单足跳跃的简化模型，并利用相平面法作定性分析，以讨论跳跃运动的着地碰撞现象．     

高速公路防撞垫计算模型动力响应的研究

为减少防撞垫传统设计过程中对实车碰撞试验和三维数值仿真分析的依赖,将防撞垫简化为多个串联的吸能元件,并将车辆和吸能元件均简化为弹簧-质量单元。采用多自由度弹簧-质量系统模拟车辆正面碰撞防撞垫的过程,最终得到相应的计算模型。以包含两个吸能元件的防撞垫为研究对象,使用显式动力学软件LS-DYNA对计算模型进行数值分析,并验证了计算模型的准确性。在满足国内乘员安全规范的前提下,对防撞垫计算模型的屈服荷载Py、屈服前刚度kd、屈服后刚度kt、形状系数c进行了研究,完成了1.3t的车辆以60km/h速度正面撞击防撞垫工况下,防撞垫计算模型的动力响应分析。     

弹性系统的碰撞

本文从振动的观点出发,研究线性弹性系统之间碰撞的宏观效果.文中首次引用单位脉冲响应函数来建立碰撞终了碰撞点的速度计算公式以及系统内部的任一自由度的速度表达式,并将它们推广到振动系统的内部碰撞问题的求解.其次文中引入了碰撞等效质量的概念,使弹性系统的碰撞公式与质点碰撞具有相同的形式.最后,讨论了公式的简化问题.     

基于拉格朗日键合图梁-多自由度耦合系统模态分析

基于拉格朗日键合图建立了梁-多自由度耦合系统的离散模型,考虑子结构与梁间的相互影响,得到了系统振动的数学模型。以一个固支梁联接三个弹簧-质量的耦合系统为例进行了建模仿真,得到的模态分析结果与文献一致,表明该方法对此类耦合系统进行模态分析是正确的。     

橡胶隔振系统非线性振动参数识别与特性研究

建立单自由度非线性系统基础激励正弦扫描试验的数学模型,并针对多项式非线性阻尼与多项式非线性弹簧并联的橡胶隔振系统求解了数学模型.进而在此框架下通过正弦扫描振动试验,采用共振峰值法识别了橡胶隔振器的非线性阻尼与刚度系数,研究了不同振动量级下小型橡胶隔振器的振动特性.     

基于简化模型的超高层结构传感器优化布置

对于自由度较多的超高层结构,传感器优化布置时应考虑多阶模态振型.由于存在空间耦合振动,根据振型质量参与系数难以准确选择出结构弱轴方向的高阶振型.基于等效刚度参数识别法,本文提出了一种将有限元模型沿弱轴方向先简化为等效串联多自由度体系,然后根据简化结构的物理参数来计算弱轴方向振型矩阵的方法,有效地解决了这一问题.以某超高层结构为例,根据计算得到的系统振型矩阵,首先由其转置的列主元QR分解得到传感器的初始布置方案,然后以模态置信度(MAC)矩阵的最大非对角元为目标函数,采用逐步累积算法逐步增加可降低此初始布置MAC非对角元的结构自由度,并考虑经济性因素,最终确定出了传感器的布置方案.