带式浮桥在不同移动荷载作用下的动力响应分析

为分析浮桥上移动荷载的重量与移动速度对浮桥动力响应的影响,应用有限元方法将控制方程进行离散,得到系统的运动方程,通过编写相应的计算程序求解了浮桥的位移响应,并利用有限元软件对已求解出的位移响应进行后处理,分别得到了不带铰浮桥和带铰浮桥在不同荷载重量、不同荷载移动速度下的内力响应曲线.数值模拟结果表明:随着荷载重量和荷载移动速度的增加,浮桥的位移和应力也随之增加;当移动荷载的重量和移动速度相同时,带铰浮桥的应力比不带铰浮桥大得多,当230kN的荷载分别以1m/s、5m/s、10m/s、20m/s的速度移动到浮桥中点时,带铰浮桥的最大应力比不带铰浮桥分别大114%、117%、108%、111%.因此,将浮桥简化为连续梁用平均刚度法求解出位移响应后,不能直接求解应力,应当考虑铰对浮桥动力响应的影响,否则求解出的应力偏小,不利于浮桥安全系数的计算.     

高速移动荷载下黏弹性半空间体的动力响应

分别以移动荷载和黏弹性半空间体模拟运动列车荷载和地基,分析了地基在运动列车作用下的动力响应.首先采用Green函数法求解黏弹性半空间体在各种移动荷载模式作用下的动力响应的解析解,包括恒常和简谐移动点源、线源和面源荷载.然后采用IFFT算法和自适应数值积分算法计算解析解中的二维积分,得到了包括低音速、跨音速和超音速移动荷载作用下位移的数值结果.最后分析了速度对位移的分布和最大值的影响,发现当速度大于Rayleigh波速时,位移发生显著变化.     

正交各向异性地基平面问题动力响应研究

以位移分量为基本未知量,在直角坐标系下建立正交各向异性地基的平面应变问题动力偏微分方程．采用Laplace-Fourier变换和逆变换方法,引入初始条件和边界条件,推导了任意形式表面动荷载作用下正交各向异性地基平面问题在时域内动力反应的积分形式解．基于理论解,编制了相应的计算程序,并对正交各向异性土
体表面作用线性移动谐振荷载进行了算例分析,研究了土体参数、荷载移动速度、荷载频率不同而导致的土体表面各点竖向位移幅值的变化规律,以及荷载速度对竖向应力分量的影响规律．数值分析结果表明：土体的各向异性、荷载频率和移动速度对表面位移幅值有较大影响,土体阻尼比对于荷载中心点附近的位移幅值影响较小;荷载移动速度对于竖向应力分量有较大影响,这对工程实践具有重要指导意义．     

水浮力对浮桥动力响应特性的分析

为了研究水介质的浮力对桥梁静态响应、特别是动态响应的影响,了解水浮力在桥梁动力响应上的作用及其大小,利用虚功原理和振型叠加法对桥梁运动的控制方程进行求解,并编制了通用的求解程序,通过对比简支梁桥和浮桥各阶振型的传播速度、静力作用、单阶荷载作用以及移动荷载作用下的动力响应,得出水浮力的存在大大降低了浮桥的挠度,使得浮桥的动力响应存在临界长度,即简支梁桥的运动整体性强,而浮桥的运动局部性强,对浮桥进行动力分析时,可以在临界长度以内进行处理,而不必对整个桥梁进行求解.     

简谐移动荷载下单相弹性地基三维动力半解析移动单元分析

由于路面不平整,车辆会以一定的频率和振幅在路面上运动,研究简谐移动荷载作用下单相弹性地基的动态响应具有更加现实的意义。将移动单元法引入到单相弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载以相同速度运动的移动层单元。基于移动坐标下单相弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了简谐移动荷载下单相弹性介质的三维动态响应半解析方程;将固定坐标下的动力问题转化为移动坐标下的拟静力问题,数值分析了简谐移动荷载作用下单相弹性地基的动态响应及其参数的影响。计算结果表明:在简谐移动荷载作用下,当无阻尼或小阻尼时,位移幅值随着速度变化不是单调递增或递减。当速度在瑞利波波速附近时,会出现各位移幅值的极大值(或第一极大值);当阻尼较大时,位移随着速度增加变化缓慢。这说明阻尼和频率的共同作用会有效地抑制位移幅值响应。研究结果表明本文所提供半解析移动单元法是研究简谐移动荷载下介质动态响应的一种简单有效的方法。     

等间距移动荷载作用下水中悬浮隧道管体的位移响应

建立一系列等间距移动荷载作用下悬浮隧道的动力学模型,将悬浮隧道管体简化为两端设有阻尼的弹性支撑梁,通过伽辽金法(Galerkin法)求解悬浮隧道管体的运动方程,数值模拟悬浮隧道管体的跨中位移时程响应,分析张力腿竖向刚度、移动荷载大小、移动速度、行车间距对悬浮隧道管体跨中位移的影响。结果表明:张力腿竖向刚度对悬浮隧道管体位移响应的影响最明显;移动荷载大小和速度以及行车间距也会显著影响悬浮隧道管体的跨中位移。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。     

移动荷载下多孔饱和地基的动力有限单元法

分析了匀速荷载作用下多孔饱和地基的动力响应.通过对Biot动力方程进行变换,将基本方程变换到随荷载移动的运动坐标系中,通过加权残值法推导了相应的"拟静力"单元刚度矩阵,从而建立了移动问题的有限元格式,将动力学问题转化为"拟静力"问题."拟静力"单元或称为移动单元并不是连续介质上的实际单元,而是在连续介质上随着移动荷载运动的虚拟单元.文中考虑了荷载的移动速度对多孔饱和地基中位移及应力的影响,并与解析解作了对比,以说明本方法具有较好的精度.     

具有任意截面形状的各向异性平面杆系结构静力分析的回传波射矩阵法

基于Timoshenko梁静力理论和各向异性材料的本构关系,对于一般截面形状的杆系结构,推导了杆端内力与杆端位移之间的关系,并给出了作用于杆件上的荷载转化为等效节点荷载的方法.以混合节点为例,根据结构节点的力平衡和位移协调条件,推导了常见形式节点的传递分配矩阵和载荷源向量,进而得到结构的回传波射矩阵列式,求解以杆端位移为基本未知量的矩阵方程,给出了杆端位移和内力的计算公式.文中给出了算例分析.与有限元法数值结果的比较表明,回传波射矩阵法用于分析各向异性材料平面杆系结构的静力问题是有效和精确的.     

移动荷载下路面板-层状多相弹性地基的稳态响应

考虑路面板和地基的相互作用,将路面板作为三维弹性体,建立路面板-层状多相弹性地基动力响应的三维多相层状弹性半空间体模型,分析了移动荷载作用下路面板-多相弹性地基系统的动力响应.将移动单元法引入到两相饱和弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下两相饱和弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了两相弹性介质移动层单元动力方程,该方程可退化为单相弹性介质移动层单元动力方程,基于此,建立了移动荷载下多相弹性地基与路面板系统的三维动态响应的统一的半解析方程.并以两相饱和弹性半空间地基-单相弹性地基-路面板所形成的路面结构为例,数值分析了荷载速度、饱和层渗透系数、弹性层厚度等参数对路面板位移和土体孔压响应的影响.研究结果表明移动单元法是研究移动荷载下路面结构动态响应的一种有效的方法.     

提高多体系统离散时间传递矩阵法计算精度的研究

深入探讨多体系统离散时间传递矩阵法对平面、空间刚体-光滑铰多体系统运动响应的研究。提出提高该方法计算精度和计算稳定性的方法，导出相应的多端刚体传递矩阵。设计了角坐标的迭代循环，该变量不必采用近似形式，因而提高了计算精度和计算稳定性。其它方法有：1)增加泰勒展开式的高阶项；2)合理选择将速度、加速度表示为位移的线性函数的方法(本文简称线性化方法)；3)合理确定迭代循环的初值等。对4种多体系统进行了计算机仿真研究，表明本文提出的方法有效。     

非均匀介质散射问题的体积分方程数值解法

将非均匀介质视为某一均匀背景介质中的扰动，可建立用均匀背景介质格林函数作基本解的体积分方程．给出了配置法求解体积分方程的数值方法，首先解得扰动域内各点以速度扰动为权的波场函数，然后回代计算得到观测面上各接收点的散射波场．与边界元法和Ｂｏｒｎ近似法计算结果比较表明该方法具有很高的精度，可得到穿过非     

基于非齐次复合Poisson过程的正交异性钢桥面板细节疲劳裂纹随机扩展研究

传统的正交异性钢桥面板疲劳损伤评估常采用确定性和可靠性分析方法,忽略了疲劳裂纹扩展的随机性影响,针对这一问题,提出钢桥面板细节疲劳随机扩展分析方法。本文以南溪长江大桥为工程背景,基于长期车辆荷载监测数据,建立了车辆荷载非齐次复合Poisson过程模型。建立钢桥面板有限元模型,采用瞬态分析方法将随机车辆荷载转化成细节疲劳应力,基于线弹性断裂力学理论推导U肋-顶板焊接细节疲劳裂纹扩展时变微分方程,实现宏观关系式疲劳应力幅次数-疲劳损伤至微观表达式应力时间序列-疲劳损伤转换,讨论了车载次序及超载对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明,非齐次复合泊松过程模型能够较好描述随机车流运营状态,车辆荷载的次序对疲劳裂纹扩展速率的影响不可忽略,重车排序靠前时能够促使疲劳裂纹扩展增速,南溪长江大桥细节点的车辆超载迟滞效应修正系数取值0.804。     

偏压电场对压电板中Lamb波相速度的影响

本文研究了偏压电场作用下,Lamb波在压电板中的传播行为，首先给出了偏压电场作用时压电板中的应力场及电位移场，然后通过求解含初应力及初电位移的小幅波动问题的耦合方程，分别给出了Lamb波的对称模态和反对称模态的相速度方程，以典型的PZT－5H压电陶瓷板为例进行了数值计算,并讨论了偏压电场对Lamb波相速度及频散曲线的影响，结果表明，偏压电场可以显著地改变Lamb波的传播速度，借此可使声波器件获得延时效果。     

桥梁结构移动平稳随机荷载识别新方法

移动的平稳随机荷载对简支梁的作用,相当于固定的调制函数已知的非平稳随机荷载对简支梁结构的作用.本文以此为基础,研究了移动平稳随机荷载的识别问题.首先基于虚拟激励法的思想,利用特征值分解及奇异值分解技术,由虚拟位移响应反演虚拟广义坐标,有效地避免了矩阵求逆,得到高精度的广义坐标谱;同时利用Wiener-Khintchine关系及Duhamel积分,由广义坐标谱值反演得到平稳随机激励谱密度.仿真算例表明,只要适当地选取参振振型及测点位置,本文方法可以有效地识别桥梁结构的移动平稳随机荷载.     

A theory of pulse propagation in anisotropic elastic solids

A theory is described for the propagation of pulses in anisotropic elastic media. The pulse is initially defined by a harmonically modulated Gaussian envelope. As it propagates the pulse remains Gaussian, its spatial form characterized by a complex-valued envelope tensor. The center of the pulse follows the ray path defined by the initial velocity direction of the pulse. Relatively simple expressions are presented for the evolution of the amplitude and phase of the pulse in terms of the wave velocity, the phase slowness and unit displacement vectors. The spreading of the pulse is characterized by a spreading matrix. Explicit equations are given for this matrix in a transversely isotropic material. The rate of spreading can vary considerably, depending upon the direction of propagation. New reflected and transmitted pulses are created when a pulse strikes an interface of material discontinuity. Relations are given for the new envelope tensors in terms of the incident pulse parameters. The theory provides a convenient method to describe the evolution and change of shape of an ultrasonic pulse as it traverses a piecewise homogeneous solid. Numerical simulations are presented for pulses in a strongly anisotropic fiber reinforced composite.     

气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响探究

基于LS-DYNA软件中的ALE算法,对近水面水下爆炸气泡脉动过程进行数值模拟并与实验结果进行对比,验证了近水面近壁面混合边界有限元模型和参数设置的正确性。设置不同爆炸工况,对气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响进行探究,结果表明:在水下爆炸过程中,气泡、自由面、浮动冲击平台会发生强烈的耦合作用,在气泡脉动阶段,气泡会诱导出涌流和水冢效应,影响浮动冲击平台的安全性和使用性;冲击波是影响浮动冲击平台冲击环境的主要因素,由于气泡的低频性,气泡脉动及水冢对浮动冲击平台的直接冲击作用,会小幅度增加浮动冲击平台冲击环境的谱速度值、谱位移值,对谱加速度值几乎无影响;水冢抨击水面所形成的波浪和气泡破碎兴波,对浮动冲击平台造成的激励载荷呈周期性,其周期与波浪周期相同。波浪的激励载荷仅通过激励其对应频率的浮动冲击平台共振来改变平台的冲击环境。波浪载荷很小,对浮动冲击平台的冲击环境影响较小。     

冲击荷载作用下滤波混凝土的动态响应与层裂损伤数值研究

借鉴局域共振材料的工作机制,通过在混凝土基体中嵌入滤波单元,设计出具有应力波衰减特性的滤波混凝土。通过将滤波混凝土结构简化为质量弹簧力学系统来分析滤波混凝土对应力波的衰减机制。采用数值模拟方法,对比研究了冲击荷载作用下普通混凝土模型和滤波混凝土模型中应力波的传播特性和层裂破坏模式。通过参数分析,研究了滤波单元的材料和几何属性对其储能效果的影响。研究结果表明：滤波单元有效降低了混凝土基体中应力波的传播速度和应力峰值;滤波单元的储能机制有效降低了混凝土基体中的能量;金属球的质量越大,滤波单元的储能效果越好,但弹性层的弹性模量和厚度需要通过适当分析进行设计以实现滤波单元的储能最大化;滤波混凝土基体的局部损伤耗散了荷载中的大量能量,有效降低了结构自由面附近的破坏程度。     

非均匀损伤介质中波传播的数值解

对弹性波在非均匀损伤介质中的传播理论进行了研究。通过将非均匀损伤区域离散成分层均匀的区域,结合相邻区域交界面处的连续条件,推导出了以右行波、左行波为状态向量的波动方程和传递矩阵。对几种非均匀损伤介质中波的传播进行了实例数值计算,并和其解析解的结果进行了比较,讨论了弹性波在非均匀损伤介质中传播的一般性质。     

移动荷载作用下饱和土地基中的波动特性分析

基于Biot波动方程,经过Fourier变换和逆Fourier变换后可获得波数-频率域以及时间-空间域的解析解。通过数值分析的手段研究了移动荷载作用下饱和多孔弹性地基中波的传播特性。重点就弥散曲线、多谱勒效应、波的成分和动力响应频率等几个特性进行了分析,发现饱和土地基由于比弹性地基多了一项流体介质,波动特性明显差异于弹性介质。     

高速荷载下多孔饱和地基的动力响应

研究高速荷载作用下梁与多孔饱和半空间的动力响应。由Fourier变换求解多孔饱和固体的动力基本方程，根据梁与半空间的接触条件得出多孔饱和半空间上梁的垂直位移的表达式。文中的数值算例考虑了荷载移动速度对梁的动力位移的影响，并与相应的弹性半空间问题作了对比。从算例中可以发现荷载移动速度对动力位移有很大的影响，当移动速度与半空间的表面波速相近时，地面会当产生很大的振动，同时还发现当速度大于介质的剪切波速时，多孔饱和半空间上梁的动力响应与弹性半空间上梁的动力响应有很大的差别。