高速铁路连续梁桥的共振响应与振动控制研究

以液体粘滞阻尼器为振动控制外部装置,主桥采用欧拉伯努利梁,通过中国和谐号动车组CRH380AL、日本新干线Shinkansen700和欧洲高速列车HSLMA8三种不同类型的高速列车对比,模拟分析了高速列车作用下桥梁结构共振响应的影响因素,以及粘滞阻尼器的阻尼系数与安装位置对桥梁结构振动响应的减振效果。研究结果表明,（1）合理有效地布置列车荷载轴距,可使桥梁结构发生基频共振的列车时速在运营时速之外,避免了桥梁结构发生较大振动峰值响应,即桥梁结构的基频共振;（2）随着粘滞阻尼器阻尼系数的增大,桥梁的加速度峰值在列车不同时速下均在减少,对桥梁振动有着不同程度的减振效果;（3）通过合理安置液体粘滞阻尼器,可有效降低高速列车作用下桥梁结构的共振响应;（4）随着粘滞阻尼器与主梁的连接点位置逐渐远离支座,粘滞阻尼器的减振效果逐渐明显;（5）随着粘滞阻尼器与桥台的连接点位置逐渐靠近支座,粘滞阻尼器的减振效果略有提升,但不明显。     

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5％,共振频率处传递特性改善30％~40％.      

单面碰撞TMD的减振性能分析与试验

根据质量块单面碰撞的特点,得到了SS-PTMD的动力特性;开展黏弹性材料自由碰撞试验,根据试验数据识别了碰撞力模型参数,验证了碰撞力模型的可靠性;设计了可改变频率的单自由度结构的试验模型,开展了减振试验。仿真分析表明:调谐时在自由振动阻尼比由0.1%增加到3.66%时,在简谐激励下的减振率达到95.1%;在频率失谐时(-11.6%)自由振动阻尼比可达到1.71%,在简谐激励下减振率达到94.6%。采用试验分析评估了结构在自由振动、简谐振动的控制效果,分析表明:调谐时在自由振动阻尼比由0.1%增加到3.52%,在简谐激励下的减振率达到95.6%;在频率失谐时(-11.6%)自由振动阻尼比可达到1.43%,在简谐激励下减振率达到95.3%。理论仿真分析和试验结果表明:SS-PTMD能够有效控制自由振动和简谐激励下结构的振动。     

电冰箱减振,降噪的试验分析

介绍了电冰箱的多种振动和噪声测量试验，包括：振动频谱分析、模态分析、嗓声标准试验、噪声频谱分析和声强测量等．通过分析振动和噪声的试验结果，找出了产生噪声的主要部件和位置，并且提出了一些合理的改进措施．试验证明：改变压缩机壳体顶盖（主式压缩机）的刚度、阻尼参数和壳体在机箱上的固定方式，以及在压缩机附近采用吸声材料，都是改善电冰箱压缩机噪声的有效途径．     

真实爆炸容器壳体动力响应的强度分析

运用DYTRAN编码中的欧拉计算方法,得到了作用于内径3．80m、壁厚0．09m的球形爆炸容器内壁的反射冲击波压力;再运用三维LS－DYNA有限元编码,对容器壳体在反射冲击波载荷作用下的瞬态响应进行了强度分析,着重给出了爆炸容器的几个主要开孔部位的等效应力云图。分析结果对类似工程设计和爆炸容器的安全使用具有实际意义。     

变频单TMD对框架结构的减振效果分析

变频单TMD系统是对普通单TMD系统的改进,在普通单TMD系统的基础上提供附加刚度,并通过位移条件控制该附加刚度是否参与TMD系统的工作.变频单TMD系统在不同位移条件下具有不同的频率,具有MTMD(Multiple Tuned Mass Damper)的性能和优点,能减小结构多个自振频率引起的较大的动力响应,显著提高结构的振动控制效果.将变频单TMD系统应用于高层框架结构,分析其动力响应.计算结果表明,变频单TMD系统能有效减小结构的动力响应,与普通单TMD相比,减震效果更为显著.     

汽车侧门受侧向撞击动力响应的数值分析

给出了一个汽车侧门受到侧向撞击时的动力响应的数值分析结果,由能量平衡图和时间步长的稳定性来判断,此数值分析是稳定可靠的。对关键测试点的速度 时间曲线和实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

蒸压加气混凝土在乏燃料容器坠落工况下的减振性能分析

在核电厂燃料厂房结构安全性分析中需考虑乏燃料容器坠落所产生的巨大冲击作用的影响,在坠落位置铺设蒸压加气混凝土砌体作为减振层是一种有效的结构防护方法．为了确定合理的减振层厚度并评价其减振效果,本文首先应用ANSYS/LS-DYNA对蒸压加气混凝土砌块的落锤冲击试验进行了有限元模拟,标定了蒸压加气混凝土的MAT96材料模型参数;再通过对减振层缩尺试验的模拟,验证了模拟方法的可行性;最终建立了燃料厂房分层壳模型,模拟设置不同厚度的减振层时乏燃料容器坠落对燃料厂房的冲击响应,并从坠落处楼板冲击力、混凝土应变、跨中挠度以及乏燃料水池加速度响应方面对厂房结构的安全性进行分析．分析结果表明：乏燃料容器坠落时,铺设1 m、2 m厚度的蒸压加气混凝土减振层后,减振效果显著：楼板冲击力分别减小71.5%和76.4%,楼板混凝土破坏明显减轻,跨中挠度明显减小,乏燃料水池竖向加速度峰值分别削减29.2%和43%;同时,2 m厚的减振层并未取得1 m厚度减振层2倍的减振效果．     

钢筋混凝土斜交刚构连续梁桥的实验与数值分析

本文利用三维光弹性法和ANSYS软件分析了铁路斜交刚构连续梁桥在一期、二期自重载荷和两种不同工作载荷下的梁体应力分布，数值研究中分别针对实验模型和建筑实物建立计算模型，并将计算结果与实验结果进行了比较，结果表明，桥梁的应力分布呈明显的不对称特征，有其自身的独到之处。     

时滞耦合质量摆动力吸振器减振系统的等峰优化理论与实验

摆式调谐质量阻尼器因其便于安装、维修、更换,且经济实用,广泛应用于结构减振.它通过将摆的自振频率调谐到接近主系统的控制频率,使摆产生与主系统相反的振动,从而抑制或消除主系统的振动.本文通过对主系统无阻尼的被动减振系统和主系统有阻尼的时滞反馈主动减振系统进行多目标优化设计,实现了对主系统幅频响应曲线的等峰控制和共振峰与反共振峰差值的有效控制.首先,建立了时滞耦合质量摆动力吸振器减振系统的力学模型和振动微分方程,通过对主系统无阻尼的被动减振系统进行等峰优化,获得了减振系统的最优频率比和质量摆的最优阻尼比.对于主系统存在阻尼的被动减振系统,在该优化参数下主系统的幅频响应曲线等峰优化失效.其次,对于主系统存在阻尼的时滞反馈优化控制系统,采用CTCR方法得到了反馈增益系数和时滞的稳定区域.在保证系统稳定的前提下,通过调节反馈增益系数和时滞量两个控制参数能够实现对主系统幅频响应曲线的等峰控制.再次,对共振点处主系统振幅放大因子时滞敏感度和反馈增益系数敏感度进行分析,表明共振点幅值对反馈增益系数比对时滞更为敏感.最后,通过实验分别在频域和时域内对理论结果进行了验证.研究表明,通过采用时滞反馈对摆式调...     

基于自由振动的高速铁路简支梁桥共振与消振速度研究

为研究高速列车简支梁振动的问题,利用移动荷载列解析表达式的极限条件,推导了共振与消振速度。从自由振动幅值的角度,证明了桥梁振动主要由一阶模态贡献,且随着车速的增加,二阶模态对自由振动的贡献逐渐增大,而更高阶的模态贡献量可忽略不计。提高桥梁阻尼能起到抑振的作用,但会加剧车辆驶离桥后的自由振动。以20 m和32 m的两座简支梁桥为算例,从自由振动的幅值和相位出发,阐明了在特定的速度下,发生共振与消振的主要原因是轴载激励的自由振动之间出现叠加、抵消或抑制的现象。当共振速度与消振速度重合时,消振先于共振发生。比较移动轴载解析值与车-轨-桥耦合有限元模型的计算值,结果表明,移动轴载模型能有效预测桥梁的位移时程,但分析桥梁的加速度响应时,有必要考虑车-轨-桥之间的动力耦合效应。     

任意荷载作用下液体粘滞阻尼器在桥梁工程中减震作用探讨

在桥梁工程中,当需要限制梁端的碰撞或过大的相对位移,经常会在梁端设置液体粘滞阻尼器。由于技术原因,液体粘滞阻尼器在桥梁设计中的参数选取基本上是通过全桥模型的地震非线性时程分析得到的。而在寿命期内,桥梁需要承受各种随机荷载,在具有不同力学特性荷载的激励作用下引起梁端纵向大的响应时,液体粘滞阻尼器是否始终起有利的减震作用,一直困扰着其在桥梁工程中的实践。在液体粘滞阻尼器力学特性研究的基础上,通过矩阵变换得到关于阻尼器的局部动力方程,从变形和受力两个方向对此问题进行探讨,得到液体粘滞阻尼器对于梁端的相对位移、相对速度、相对加速度均有减震作用。但不会得出始终对所有构件的受力有利的结论,并进行了验证。     

粘滞阻尼器减震结构非线性随机振动的时域显式降维迭代随机模拟法

粘滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。由于粘滞阻尼器的非线性阻尼力特性,粘滞阻尼器减震结构非平稳随机地震反应分析是一个典型的局部非线性随机振动问题。利用减震结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对与粘滞阻尼器相关的局部自由度进行非线性迭代计算,提出了局部非线性随机振动问题的时域显式降维迭代随机模拟法,为设置粘滞阻尼器的大型复杂减震结构非线性地震反应分析提供一种高效的随机振动方法。以安装了四个纵桥向粘滞阻尼器的某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展E2水准地震激励下的非线性随机振动分析。计算结果显示,设置阻尼器后,主梁的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到80%,大桥的关键截面内力也有5%左右的降幅。     

阻尼耗能减振框架结构地震作用振动方程求解及地震反应分析Calculation of vibration equation and analysis of seismic response for damping energy dissipation frame structure

研究了设置耗能阻尼器框架的地震作用振动方程求解及该结构的地震反应。框架结构设置耗能阻尼器后,振动方程的阻尼矩阵不再对振型具有正交性,本文对该振动方程给出了状态方程直接积分法,并与传统强制解耦法进行了比较分析,结果表明强制解耦法对结构第一阶振动反应求解偏差较小,而对于高阶振动反应差别较大,并且强制解耦法高估了阻尼器的减震效果。继而采用状态方程直接积分法对设置有粘滞阻尼器的框架结构进行了地震反应分析,探讨了阻尼器位置对框架结构地震反应的影响,结果表明设置有阻尼器的楼层减振效果明显,未设置阻尼器的楼层减振效果差别较大,甚至有可能出现楼层层间侧移增大的现象,由此提出耗能阻尼器应在结构中合理设置。     

Static and free vibration analysis of four-parameter continuous grading elliptical sandwich plates

In the present study, the static and dynamic analyses of elliptical functionally graded sandwich(FGS) plates are investigated. The constituent materials of the sandwich plates are ceramic and metal so that the core is made of pure metal, while the face sheets consist of a combination of metal and ceramic according to a four-parameter power-law distribution. Different material profiles such as classic, symmetric, and asymmetric can be obtained using the applied generalized power-law distribution ...     

不同轮轨接触模型在车桥耦合振动中的比较

以工程实例为研究对象,建立了整车-整桥系统耦合振动数值分析模型。考虑车轮的跳轨和挤密情况,建立了单边弹簧-阻尼系统弹性轮轨接触模型。采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了两种轮轨接触时动车组列车以不同车速通过大跨度连续桥梁的耦合振动响应。数值计算结果表明:两种轮轨接触模型的桥梁动力响应比较接近;列车的横向轮轨力、轮重减载率和脱轨系数相差较大,当速度为350km/h时,横向轮轨力增大了46.5%,轮重减载率增大了130.8%,脱轨系数增大了24.66%;用单边-弹簧阻尼系统弹性轮轨接触模型更符合实际。     

基于重球触地实验的空区塌落振动分析及治理

根据相似理论,以重球落地实验模拟采空区坍塌进而指导采空区治理为出发点,在振动波动特性分析的基础上,分别开展了质量为4 kg和10 kg的重球从1.0、1.5和2.0 m的高度落地的峰值振动速度测试实验;首次提出了累计振动速度衰减率和相对能量比概念;以普氏拱理论为基础,分析了采空区坍塌振动速度。研究表明:振动速度与重球质量和落地高度成正相关,且前者对累计衰减率的影响大于后者;随着测点距离的增大,振动速度整体表现为衰减趋势;重球质量为4 kg和10 kg时,在水平距离重球落地点3.0 m处的累计衰减率分别为79.79%~81.61%和79.95%~83.52%。不同介质交界面的反射和折射可引起振动速度的小幅度“跃增”。重球质量对振动能量衰减影响明显;质量越大,近区能量衰减越慢。采空区冒落体582.5~5 926.5 t,引起的振动速度远大于边坡安全允许值。采用“采空区顶板崩落+边坡削坡”方案进行治理后,边坡安全系数可达到1.26,消除采空区安全隐患。     

沥青搅拌设备振动筛系统动力学分析及其参数影响研究

基于牛顿法建立了沥青搅拌设备振动筛系统的动力学模型,考虑了实际生产中的机械振动方向与支撑弹簧方向的不完全一致性和支撑轴承及筛板刚度对振动筛系统的影响。求解了不同激振器频率和安装倾角下,振动筛质心的振动位移变化情况。对振动筛进行稳态有限元数值分析,获得了振动筛不同位置测点的振幅分布,并探究了不同的振动方向角对振动筛振幅和应力的影响。结果表明,振动筛的振动幅值随激振器频率的增大而增大,亦随振动筛倾角的减小而增大;当振动方向角β在0°~90°范围内变化时,振动筛的主振幅和主应力都随着振动方向角β的增大而增大;在振动筛沿筛体长度方向上,进料口附近振幅大于出料口附近振幅。