冲击荷载作用下水中悬浮隧道的位移响应

建立冲击荷载作用下悬浮隧道的动力学模型,将悬浮隧道简化为等距离弹性支撑梁,通过Galerkin(伽辽金)法求解悬浮隧道的振动位移方程,数值模拟悬浮隧道跨中时程响应,分析张力腿竖向刚度、冲击物质量、冲击速度对悬浮隧道跨中位移的影响.结果表明:冲击荷载作用下,张力腿竖向刚度对悬浮隧道位移响应的影响显著,但具有极限性.其次,冲击物质量和冲击速度也会显著影响悬浮隧道的跨中振动位移.研究结论为未来悬浮隧道的研究和建设提供重要的理论参考.     

水下爆炸冲击作用下悬浮隧道响应参数分析

为了研究水中悬浮隧道在近场非接触爆炸荷载作用下的动力响应规律,将悬浮隧道简化为等截面等刚度的Bernoulli-Euler弹性支撑梁,建立悬浮隧道在爆炸冲击作用下的动力学模型,使用Galerkin法求解振动微分方程,结合一个悬浮隧道待建工程对其进行参数分析,讨论炸药量、爆心距、锚索竖向刚度对位移、速度、加速度的影响规律,并利用其结果对隧道和人体进行损伤分析.结果表明:爆心距对悬浮隧道运动学参数的影响显著,就位移而言随爆心距的增加隧道最大位移近似呈反比例下降趋势,与10 m爆心距相比,20 m和30 m工况下位移分别下降了50.7%,66.6%;炸药量对悬浮隧道运动学参数的影响显著,就位移而言随炸药量的增加隧道最大位移近似呈低阶幂函数上升趋势,与20 kg炸药量相比,40 kg和60 kg的峰值位移分别增加了29.8%,51.3%;锚索竖向刚度对悬浮隧道运动学参数的影响显著,就位移而言随锚索刚度的增加隧道的最大位移近似呈阶梯状下降趋势,与5×10~5 N/m的锚索刚度相比,5×10~6 N/m和5×10~7N/m工况下的隧道最大位移分别下降了53.0%,86.2%,但锚索刚度存在一个高效作用区间,当刚度在区间内,能显著地改变隧道管体的位移,当处在区间外(或大或小)时,对位移的影响不明显.     

考虑空间效应的多支撑管线随机地震响应分析

提出了一种能考虑地震动空间变化效应的多支撑管线随机地震响应分析的解析方法.证明了多点地震作用下结构的平稳随机响应分析可转化为求解支座简谐运动时的确定性响应,直接给出了含有待定系数的简谐响应的形式,并通过边界条件和连续性条件建立待定系数的求解方程.与拟静位移分解法相比,该方法不用计算结构的振型以及拟静位移分量,完全是基于解析推导,因此在计算效率方面优势明显.数值算例中,采用该方法和拟静位移分解法计算了一个6跨管线在空间多点地震作用下的随机响应,对比验证了方法的正确性和高效性.     

大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析

为研究地震动非平稳特性对大跨度叠合梁斜拉桥随机地震响应的影响,采用绝对位移求解的虚拟激励法在通用有限元软件中对某座叠合梁斜拉桥进行多维多点非平稳随机地震响应分析.研究结果表明:采用绝对位移求解的虚拟激励法,能在通用有限元软件中高效地实现对大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析;设计中假定地震动平稳性,得到的结果偏于保守;行波效应对大跨度叠合梁斜拉桥结构响应有显著影响,考虑行波效应对主塔塔顶位移和塔底内力是有利的,但应注意其对主梁跨中位移和内力的不利影响.     

饱和地基上弹性基础的竖向振动特性研究

采用解析的方法研究了饱和地基上受一简谐竖向荷载作用下弹性基础的动力响应．在分析中,首先利用积分变换技术获得了饱和介质基本控制方程的变换解,然后基于基础-半空间完全放松接触、半空间表面完全透水或不透水的假设,建立了该动力混合边值问题的对偶积分方程,并把该对偶积分方程进一步化为易于数值求解的第二类Fredholm积分方程A·D2文末数值算例给出了动力柔度系数、位移和孔隙水压力随振动频域和土-基础体系物理力学参数特性的变化曲线．结果表明:饱和地基上弹性基础的动力响应完全不同于饱和地基上刚性圆板的动力响应．所用方法可用于研究波的传播、土-结构动力相互作用等许多问题．     

基础激励下Timoshenko梁冲击失效准则设计方法

给出了基础激励下Timoshenko梁冲击失效准则设计方法,建立了基于Timoshenko梁的冲击动力学模型.通过求解系统运动方程并结合边界条件,给出了系统固有频率方程,给出了固有振型的计算方法.为了克服基础激励下冲击响应求解的困难,对Timoshenko梁的位移响应进行了假设,求解了系统的线位移和角位移冲击响应,进而得到了任意截面的内力,以及截面的最大von Mises等效应力,基于von Mises屈服准则,给出了分别采用位移、速度和加速度确定失效准则的方法.典型算例的冲击响应计算结果表明,在20～5 000 Hz频率范围内,算例中的Timoshenko梁存在3种失效模式,分别是根部、中部附近和末端发生屈服破坏.针对每种失效模式,分别给出了以最大可用位移幅值、速度幅值和加速度幅值表示的冲击失效准则.     

饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁的动、静力弯曲

在经典单相Timoshenko梁变形和孔隙流体仅沿饱和多孔弹性梁轴向运动的假定下,基于不可压饱和多孔介质的三维Gurtin型变分原理,首先建立了饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁动力响应的一维数学模型．在若干特殊情形下,该模型可分别退化为饱和多孔弹性梁的Euler-Bernoulli模型、Rayleigh模型和Shear模型等．其次,利用Laplace变换,分析了固定端不可渗透、自由端可渗透的饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁在自由端阶梯载荷作用下的动静力响应,给出了梁自由端处挠度随时间的响应曲线,考察了固相与流相相互作用系数、梁长细比等参数对悬臂梁动静力行为的影响．结果表明:饱和多孔弹性梁的拟静态挠度具有与粘弹性梁挠度类似的蠕变特征．在动力响应中,随着梁长细比的增大,自由端挠度的振动周期和幅值增大,且趋于稳态值的时间增长,而随着两相相互作用系数的增大,梁挠度振动衰减加快,并最终趋于经典单相弹性Timoshenko梁的静态挠度．     

海洋内波和洋流联合作用下水中悬浮隧道的动力响应

基于势流函数理论建立层化海洋内波流场,采用Morison方法考虑内波和洋流联合作用力,建立悬浮隧道-流体相互作用非线性振动数学物理模型.运用Galerkin(伽辽金)法数值求解振动微分方程,研究海洋内波和洋流共同作用下水中悬浮隧道的多模态动力响应行为.通过对拟建隧道实例的计算分析,结果表明:第一阶模态对位移响应贡献最大,在内波、洋流联合作用下,海洋内波的作用不可忽视,使第一、三阶模态的幅值都有大幅度增加,且反映出强非线性.研究成果为悬浮隧道结构荷载分析及复杂环境下海洋工程结构物所受环境荷载的研究提供有益探讨.     

结构物对随机地震激励的响应分析

本文对结构物在随机地震激励下的弹性响应做了分析.以框剪体系的结构物为对象,导出了实用计算公式,并编制了FORTRAN语言程序及实例验算.根据结构物的使用要求,赋以不同的动力可靠性(首次偏移概率),从而可以得出体系的最大水平位移的包络线及内力变化规律.     

格栅夹层梁热弯曲的等效微极热弹性分析

将格栅夹层梁热弯曲等效为微极热弹性梁的受热变形,利用平面微极热弹性理论建立了微极梁受热变形的控制方程组,给出了温度载荷下微极梁的位移表达式.通过胞元能量等效的方法,得到了研究的格栅夹层梁等效微极热弹性梁材料参数.对比了等效微极梁模型和ANSYS有限元软件计算得到的温度载荷下悬臂格栅夹层梁受热弯曲变形的数值结果,两种方法得到的结果非常接近,证明了微极热弹性梁是一种简单有效的模拟格栅夹层梁热变形的等效模型.     

考虑热-水-力耦合效应的饱和多孔地基动力响应分析

基于广义热弹性理论,结合Darcy(达西)定律,对Biot波动方程进行了修正,研究了一个受到椭圆余弦波作用的,均质各向同性半无限大饱和多孔地基的热-水-力多场耦合动态响应问题.建立了饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型及控制方程,采用正则模态法求解,得到了问题的解析解,分析了地基中渗透系数变化和椭圆余弦波频率变化对饱和多孔地基中各物理量的影响.最终,给出了无量纲的竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度等物理量的分布规律.     

张力腿平台有限振幅运动的方程和数值解

论证了张力腿平台（TLP）在波浪作用下发生有限振幅运动时,所受惯性力、粘性力、浮力等载荷不仅与波浪场有关,还与瞬时响应有关,是响应的非线性函数;张力腿拉力也是各自由度位移的非线性函数．所以分析TLP受力时必须考虑平台的瞬时加速度、速度和位移,在瞬时位置建立运动方程．据此推导出TLP发生有限振幅运动时的外力计算公式,建立了TLP 6自由度有限振幅运动非线性控制方程．其中考虑了由6自由度有限位移引起的多种非线性因素,如各自由度之间的耦合、瞬时湿表面、瞬时位置等;还包括自由表面效应、粘性力等因素引起的非线性．用数值方法求解所得到的非线性运动方程．对典型平台ISSC TLP进行了数值分析,求得该平台在规则波作用下的6自由度运动响应．用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好．数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应有明显改变．     

水中悬浮隧道的空间曲线结构运动方程

借助参考直线坐标系,求解空间曲线结构在曲线坐标系中的几何方程．运用Hamilton原理推导空间螺旋曲线梁结构的运动方程．方程表明空间曲线结构4个自由度相互耦合,当结构退化为平面曲线结构时,两个相互垂直平面内的各自由度相互耦合．空间任意曲线梁结构的动力方程均可按照该文推导思路得出．对于水中悬浮隧道结构,可以忽略转动动能对振动的影响．     

轴向运动导电导磁梁的磁弹性振动方程

针对磁场环境中轴向运动导电导磁梁磁弹性耦合振动的理论建模问题进行研究.基于Timoshenko(铁木辛柯)梁理论并考虑几何非线性因素,给出轴向运动弹性梁在横向双向振动下的形变势能、动能计算式以及电磁力和机械力的虚功表达式.应用Hamilton(哈密顿)变分原理,推得磁场中轴向运动Timoshenko梁的非线性磁弹性耦合振动方程,并给出了简化形式的Euler-Bernoulli(欧拉 伯努利)梁磁弹性振动方程.根据电磁理论和相应的电磁本构关系,得到载流导电弹性梁所受电磁力的表达式,基于磁偶极子-电流环路模型给出铁磁弹性梁所受磁体力和磁体力偶的表述形式.通过算例,分析了轴向运动导电弹性梁的奇点分布及其稳定性问题.     

匀速运动的线源荷载激励下无限长梁动力分析*

基于线性叠加原理,本文首先证明了广义Duhamel积分,把运动线源荷载作用下梁的动力问题转化为求解位置固定的线源荷载作用下梁的动力响应即线源脉冲响应函数。然后,利用Laplace变换和Fourier变换求解梁的动力方程,获得了线源脉冲响应函数,继而得到了运动线源荷载下梁的动力解答。对动力响应的进一步分析表明,其最大值总是发生在线源的中心并随荷载运动而运。动最后,定义了运动动力系数。     

饱和多孔弹性杆流固耦合动力响应的保结构算法

研究了不可压饱和多孔弹性杆的流固耦合动力响应问题.基于多孔介质理论,根据多孔介质流固混合物动量方程、孔隙流体动量方程及体积分数方程,建立流固耦合不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动方程;引入正则变量,构造饱和多孔弹性杆轴向振动方程的广义多辛保结构形式、广义多辛守恒律及广义多辛局部动量误差;采用中点Box离散方法得到轴向振动方程的广义多辛离散格式、广义多辛守恒律数值误差及局部动量数值误差;数值模拟不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动过程及流相渗流速度分布,考察了流固两相耦合系数对轴向振动过程及广义多辛守恒律误差和局部动量误差的影响.结果表明,已构造的广义多辛保结构算法具有很高的精确性和长时间的数值稳定性.     

不可压饱和多孔弹性杆动力响应的多辛方法

研究了不可压饱和多孔弹性杆的一维动力响应问题.基于多孔介质理论,在流相和固相微观不可压、固相骨架小变形的假定下,建立了不可压流体饱和多孔弹性杆一维轴向动力响应的数学模型.利用Hamilton空间体系的多辛理论,构造了不可压饱和多孔弹性杆轴向振动方程的多辛形式及其多种局部守恒律.采用中点Box离散方法得到轴向振动方程的多辛离散格式和局部能量守恒律以及局部动量守恒律的离散格式;数值模拟了不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动过程,记录了每一时间步的局部能量数值误差和局部动量数值误差.结果表明,已构造的多辛离散格式具有很高的精确性和较长时间的数值稳定性,这为解决饱和多孔介质的动力响应问题提供了新的途径.     

横观各向同性饱和地基的三维动力响应

首先引入位移函数,将直角坐标系下横观各向同性饱和土Biot波动方程转化为2个解耦的六阶和二阶控制方程;然后基于双重Fourier变换,求解了Biot波动方程,得到以土骨架位移和孔隙水压力为基本未知量的积分形式的一般解,并用一般解给出了饱和土总应力分量的表达式．在此基础上系统研究了横观各向同性饱和半空间体的稳态动力响应问题,考虑表面排水和不排水两种情况,得到了半空间体在任意分布的表面谐振荷载作用下,表面位移的稳态动力响应,文末给出了算例．     

开孔浅球壳的非线性动力响应及其动力稳定

本文建立了具轴对称变形、考虑横向剪切影响的浅球壳的非线性运动方程:对周边弹性支承开孔浅球壳的非线性静、动力响应及动力稳定问题进行了探讨.在解题方法上,对位移函数在空间上采用正交配点法离散.在时间上采用平均加速度法(Newmark-β法)离散.变求解一组非线性微分方程为求解一组线性代数方程.文中给出了不同情况下的若干数值结果,且与有关文献的结果作了比较.     

厚板振动的三维弹性力学解

本文以弹性动力学的基本方程为基础，推导出厚板的控制方程·给出了在横向强迫力作用下，厚板的应力、位移的动力响应·得出厚板的振动特征是由对称振动、反对称振动和剪切振动的三种模式组成·最后，将简支厚方板作为实例导出自振频率的特征方程，数值计算结果与经典理论、中厚板理论的结果作了比较·