大型渡槽动力设计方法研究

根据大型渡槽结构的特点,在缺乏适用的抗震分析模型前提下,提出支撑-渡槽-水伪三维流固耦合动力分析方法。模型基于结构动力分析理论和流固耦合分析理论,整体结构分析采用Newmark方法进行动力时程分析,分析中考虑渡槽结构整体受力性能,包括下部支撑结构、地基等多种因素的影响作用;渡槽-水耦合体子结构分析采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)有限元方法进行动力分析,考虑渡槽-水的耦合相互作用,模拟渡槽中水体的大幅晃动作用,相应得出渡槽中动力压力值及其分布。以某排架支撑矩形渡槽为例,采用本文提出的伪三维模型进行地震时程分析,计算结果与三维模型计算结果吻合良好。本文提出的伪三维动力分析方法计算效率高,满足渡槽结构抗震设计要求,便于工程应用,是大型渡槽结构动力分析研究和抗震设计的实用静、动力分析方法。     

离心式叶轮流体激振响应及动态疲劳的研究

研究离心式叶轮的动力特性及流体激振下的稳态响应。讨论结构动态疲劳理论,认为流体激振激起了叶轮的共振,是动态疲劳,特点是激励频率高,幅值低,能量小,激起结构多个固有模态,主要是局部模态的共振。通过一个工程实际叶轮算例,研究动态疲劳破坏的机理。采用循环对称理论,计算叶轮的模态及离心力作用下的应力分布,对流体的压力脉动进行了频谱分析。将叶片表面的静压脉动作为载荷施加于叶轮上进行频率响应分析,得到叶轮在各频率成分激振力作用下的响应,最后根据频率响应的结果计算了叶轮的疲劳寿命,为叶轮疲劳破坏提供了分析依据和计算方法。     

半空间饱和土内置点载荷作用下的热弹性波动

基于Biot波动理论及热弹性动力理论,利用已建立的饱和多孔弹性介质热流固耦合控制方程,研究半无限地基在内置点热力源作用下的动力响应问题. 求解过程引用Hankel变换技术,得到了热力源作用下土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力的积分形式解答.利用Hankel数值逆变换得到计算结果,分析了热流固耦合条件下激振频率对竖向位移和孔隙水压力响应的影响. 对热流固耦合、热弹性和多孔弹性模型计算结果进行了比较.      

圆柱形弹性壳液耦合系统大幅低频重力波的解析分析

以圆柱形弹性壳液耦合系统为研究对象,对已建立的多自由度非线性振动方程用平均法求其近似解析解,得到了方程组的一次近似定常解结果,由此可知当液固耦合系统受到激振力足够大,且激振频率处于弹性壳体的固有频率和重力波频率之和的一个窄频带范围时,液面以高频为主的振动会转化为以低频为主的大幅重力波运动,这是一种组合共振现象.     

拱型结构在参、强激励下的非线性振动分析

利用数值解析法研究了拱型结构在参数激励与强迫激励联合作用下的非线性振动特性。得到了轴向力与固有频率的关系及轴向力对发生主共振,１／２亚谱共振的影响,由于１／２亚谐共振是高频激振低频响应,是最危险区域,应得到足够的重视,为工程设计提供了可靠的理论依据。     

考虑土体三维波动效应时弹性支承桩的振动理论及其应用

从三维轴对称土体模型出发，同时考虑土体竖向和径向位移，对弹性支承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体，土为线性粘弹性体，其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解，从而将土体动力平衡方程解耦，求解得到了土层的振动模态形式，然后利用桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用，求解桩的动力平衡方程，得到了桩顶的频域响应解析解、复刚度和速度导纳，利用卷积定理和傅立叶逆变换，求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。利用所得解对桩的振动特性进行了无量纲参数分析，得到了许多新的结论。     

基于首次超越理论的高层隔震结构基础提离易损性分析

针对基础隔震的高层建筑,基于首次超越理论,计算了各个隔震支座在非平稳随机激励下发生基础提离破坏的易损性曲线。隔震结构采用三维有限元建模,隔震支座采用Bouc-Wen模型,经过等效线性化后,应用虚拟激励法求得结构的随机响应。讨论了隔震支座的阻尼比、屈服力以及地震动输入方向对隔震支座易损性曲线的影响。研究发现:增加隔震支座的阻尼比或是增加隔震支座的屈服力都会使得隔震支座发生基础提离的破坏概率增加,地震动的输入方向对隔震支座基础提离易损性曲线影响十分显著。     

安装固定气动翼板的大跨桥梁抖振分析

建立了安装固定气动翼板的大跨桥梁多模态耦合抖振分析框架，推演了作用在整个桥梁-气动翼板系统上的抖振力和自激力的显式表达式，考虑了多模态耦合效应．基于有限元法，作用在主梁-气动翼板系统上的抖振力转化为节点力，进一步得到作用在整个桥梁上的抖振力并导出了其功率谱密度矩阵；作用在主梁．气动翼板系统上的气弹自激力转化为节点力，并将其表达为气弹刚度矩阵和气弹阻尼矩阵．通过组集得到系统的运动方程，然后运用虚拟激励法在频域计算系统的抖振响应．以某大跨斜拉桥为例进行研究，结果表明：在主梁下方安装-对固定气动翼板后，主梁的扭转角位移、角加速度以及侧向加速度响应能够得到有效控制。     

大跨悬索桥抖振内力响应分析

基于虚拟激励法和有限元法,在频域建立了一种新的桥梁抖振内力响应分析的随机振动方法。该方法与传统随机振动方法相比具有如下两个特点:(1)单元抖振内力响应同时考虑了保留模态多模态耦合产生的动力效应和保留模态外高频模态产生的拟静力效应;(2)单元抖振内力响应同时考虑了单元杆端位移产生的单元杆端力和单元上分布荷载产生的单元固端力。以香港青马悬索桥为例,分析了保留模态多模态耦合产生的动力效应、高频模态拟静力效应、单元上分布荷载产生的单元固端力及主缆上的抖振荷载等因素对主梁抖振内力响应的贡献。结果表明:保留模态多模态耦合产生的动力效应对主梁抖振内力响应占据主导地位,高频模态拟静力效应、单元上分布荷载产生的单元固端力等因素对主梁抖振内力响应均有一定的影响,主缆上的抖振荷载对主梁侧向抖振内力响应有较大贡献。     

磁橡胶约束阻尼壳的宽频振动控制能力研究

不同于传统被动约束阻尼处理(PCLD),磁橡胶约束阻尼处理(MRLD)采用磁化的铁-橡胶混合粉末替代PCLD的粘弹性材料,不是通过粘结而是磁力吸附在钢制振动体上,在振动时交界面处发生滑移使部分能量转化为热能,从而降低振动.采用假设模态法计算PCLD的频率响应,再基于周期耗能相等原理.将MRID与PCLD等价,得到MRLD壳的模态损耗因子,研究了MRLD处理对简支壳阻尼的影响.分析结果表明:对于1000～3365Hz间前11阶模态频率的MRLD壳振动,当激振力低于16～20倍的起滑激励力F0时,MRLD均可获得比PCLD更好的阻尼;但各模态的F0的差异仅在3～4倍内;因此在前11阶模态频率范围内,激振力可以存在一个交集,在此交集内可同时引起各阶模态的阻尼层发生滑移,从而能控制壳的宽频振动.     

Mechanical properties of isolation bearings identified by a viscoelastic model

The Haringx theory is usually employed to describe the mechanical behavior of rubber bearings subjected to a compressive axial load and a lateral shear deformation, but it does not consider the damping effect. In order to study the behavior of isolation bearings which possess an energy-dissipation capacity, the explicit formulas for the horizontal stiffness of viscoelastic columns and the corresponded height reduction are derived by the method of variable separation. These explicit formulas are then applied to develop an identification procedure to find the shear modulus and loss factor of the rubber using the cyclic shear tests of isolation bearings. Through this identification procedure, the empirical formulas for the shear modulus and the loss factor of rubber are established as functions of the strain amplitude and the excitation frequency.     

基于等效阻尼理论的金属橡胶弹性迟滞力学模型及实验研究

针对弹性多孔金属橡胶非线性迟滞特性力学行为,将迟滞恢复力-位移曲线分解为非线性单值曲线和椭圆,并将等效阻尼理论用于动态力学性能参数识别,从而建立了一种新型的适用于黏弹性阻尼材料的宏观唯象力学模型。采用不同相对密度的环形金属橡胶进行动态实验测试,以验证理论模型的准确性,结果表明该模型可将具有非线性特性的金属橡胶系统进行降阶处理,提高金属橡胶力学模型的预测效率,并能很好地描述金属橡胶的迟滞力学行为。另外,研究了在不同激励频率条件下金属橡胶的阻尼耗能特性。实验结果表明:在高频加载的条件下,黏性阻尼系数对动态加载频率不敏感,阻尼耗能与加载幅值之间呈线性正相关。基于等效阻尼理论的弹性迟滞力学模型具有一定的普适性,可进一步推广应用于类似弹性多孔材料的力学性能表征,为其工程应用提供理论基础。     

Theoretical analysis of the dynamic behavior of hysteresis elements in mechanical systems

Many machine elements in common engineering use exhibit the characteristic of “hysteresis springs”. Plain and rolling element bearings that are widely used in motion guidance of machine tools are typical examples. The study of the non-linear dynamics caused by such elements becomes imperative if we wish to achieve accurate control of such machines.

This paper outlines the properties of rate-independent hysteresis and shows that the calculation of the free response of a single-degree-of-freedom (SDOF) mass-hysteresis-spring system is amenable to an exact solution. The more important issue of forced response is not so, requiring other methods of treatment. We consider the approximate describing function method and compare its results with exact numerical simulations. Agreement is good for small excitation amplitudes, where the system approximates to a linear mass-spring-damper system, and for very large amplitudes, where some sort of mass-line is approached. Intermediate values however, show high sensitivity to amplitude variations, and no regular solution is obtained by either approach. This appears thus to be an inherent property of the system pointing to the need for developing further analysis methods.     

Visco-elastic systems under both deterministic harmonic and random excitation

IntroductionForlinearviscoelasticsystemsunderbothadditiveandmultiplicativebroad_bandexcitationexcitations,Ariaratnam[1]studiedthestochasticstabilityofthesystembyusingthemethodofstochasticaveragingprocedure .Itwasshownthatthevisco_elasticforcecontributedtowarddamping ,hence ,stabilityofthesystem .However,thestiffnesseffectofthevisco_elasticcomponentwasnotfullyaccountedfor.FurthermoreAriaratnam[2 ]studiedthestochasticstabilityofthesystembutthemodelislinear.Inthetheoryofnonlinearrandomvibration…     

Control of a Nonlinear System Using the Saturation Phenomenon

In this paper, a theoretical investigation of nonlinear vibrations of a 2 degrees of freedom system when subjected to saturation is studied. The method has been especially applied to a system that consists of a DC motor with a nonlinear controller and a harmonic forcing voltage. Approximate solutions are sought using the method of multiple scales. It is shown that the closed-loop system exhibits different response regimes. The nature and stability of these regimes are studied and the stability boundaries are obtained. The effects of the initial conditions on the response of the system have also been investigated. Furthermore, the second-order solution is presented and the corresponding results are compared with those of the first-order solution. It is shown that by increasing the amplitude of the excitation voltage, the higher-order term in the solution becomes significant and causes a drift in the response. In order to verify the obtained theoretical results, they are compared with the corresponding numerical results. Good agreement between the two sets of results is observed.     

双曲面摩擦摆支座典型桥梁的地震响应研究

为研究不同因素对粤东高烈度地区双曲面摩擦摆支座高速公路典型桥梁工程地震响应的影响,选取潮安韩江特大桥主桥(55+4×90+55)m为研究对象,该桥所有墩梁之间均采用双曲面摩擦摆支座。采用ANSYS有限元软件建立全桥模型,基于时程分析法研究了多种因素下桥梁结构的地震响应。研究表明,在纵桥向地震动激励下,桩土的相互作用对各桥墩墩底地震响应影响显著;栓钉全部剪断比栓钉全部不剪断的各桥墩墩底弯矩和剪力分布更均匀,桥墩上的固定支座栓钉不剪断将会增加该桥墩的弯矩、剪力以及支座剪力,但对其他桥墩的影响较小;该研究成果可应用于带栓钉的摩擦摆支座桥梁的地震响应分析。     

Effects of axial preload of ball bearing on the nonlinear dynamic characteristics of a rotor-bearing system

This research studies the effects of axial preload on nonlinear dynamic characteristics of a flexible rotor supported by angular contact ball bearings. A dynamic model of ball bearings is improved for modeling a five-degree-of-freedom rotor bearing system. The predicted results are in good agreement with prior experimental data, thus validating the proposed model. With or without considering unbalanced forces, the Floquet theory is employed to investigate the bifurcation and stability of system periodic solution. With the aid of Poincarè maps and frequency response, the unstable motion of system is analyzed in detail. Results show that the effects of axial preload applied to ball bearings on system dynamic characteristics are significant. The unstable periodic solution of a balanced rotor bearing system can be avoided when the applied axial preload is sufficient. The bifurcation margins of an unbalanced rotor bearing system enhance markedly as the axial preload increases and relates to system resonance speed.     

谐和与随机噪声联合作用下非线性系统的响应

研究了Duffing振子在谐和与随噪声联合激励下的响应和稳应性问题。用谐波平均法分析了系统在确定性谐和激励和随机激励联合作用下的响应,用随机平均法讨论了随机扰动项对系统晌应的影响。在一定条件下,系统具有两个均方响应值和跳跃现象。数值模拟表明本文提出的方法是有效的。     

单自由度系统的爆炸地震演变响应

提出了一个单自由度结构系统爆炸地震随机地面振动演变响应的理论分析方法。根据爆炸地震效应的特点 ,建立了一个地面运动激励模型 ,并以TNT炸药爆炸实验测试结果为实例 ,讨论了模型中相关基本参数的确定方法及其结果。在给定结构固有频率和阻尼系数条件下 ,得到了单自由度系统的爆炸地震位移响应功率演变谱和均方根位移理论解。与在一个混凝土基座上的测试结果进行对比表明 ,得到的理论均方根位移具有较好的预测精度。