变截面框架-剪力墙-薄壁筒结构弯扭耦连振动的常微分方程求解器解法

本文用沿高度方向分段连续化的方法,对沿高度方向为阶形变截面,在平面内为任意斜向布置的框架-剪力墙-薄壁筒协同工作体系,建立了弯扭耦连的振动方程,用常微分方程求解器(COLSYS)求解了自振频率及相应的振型。     

加劲环和加劲肋对冷却塔动力特性的影响

为提高冷却塔的自振频率和抗风性能,以某大型冷却塔为例,通过增设环向加劲环或子午向加劲肋,分析了各自的尺寸、位置、数量等参数对动力特性的影响.冷却塔的动力特性主要受环向刚度控制,在适当的位置布置加劲环可以有效提高结构的频率,而子午向加劲肋则无此效果.加劲环对结构频率的提高源自结构整体振型所激发的加劲环刚度参与程度,加劲环的模态变形幅值越大,环向谐波越多,其参与度就越高,对结构频率的提高效果也越明显.实际应用中,可在塔筒中部等间距布置3～5道加劲环,这样就可以使结构频率有显著提高.     

加劲环和加劲肋对冷却塔动力特性的影响简

为提高冷却塔的自振频率和抗风性能,以某大型冷却塔为例,通过增设环向加劲环或子午向加劲肋,分析了各自的尺寸、位置、数量等参数对动力特性的影响. 冷却塔的动力特性主要受环向刚度控制,在适当的位置布置加劲环可以有效提高结构的频率,而子午向加劲肋则无此效果. 加劲环对结构频率的提高源自结构整体振型所激发的加劲环刚度参与程度,加劲环的模态变形幅值越大,环向谐波越多,其参与度就越高,对结构频率的提高效果也越明显. 实际应用中,可在塔筒中部等间距布置3~5 道加劲环,这样就可以使结构频率有显著提高.     

塔吊附墙较大长宽比剪力墙结构动力响应研究

针对某高层剪力墙结构在附墙塔吊起吊重物时明显晃动的现象,采用现场测试、有限元模拟与简化理论分析相结合的方法,首次研究了高层剪力墙结构在塔吊起吊动荷载作用下的动力响应特性及抑制响应的主要工程措施。研究结果表明:尽管此类结构在设计上满足规范要求,但塔吊起吊加速度的1.2Hz低频频率与23层结构扭转频率接近;在塔吊安置位置较特殊时,结构顶部最大响应加速度超过0.8m/s~2,结构变形呈明显扭转特征,对施工人员舒适度乃至结构安全产生显著影响;通过简化模型理论分析和有限元模拟验证,发现可通过适当减弱附墙连杆刚度达到错开结构频率与塔吊起吊低频频率的目的,并抑制结构的动力响应。所揭示的晃动原因及提出的工程措施对减轻高层剪力墙结构因塔吊起吊动荷载产生的动力响应有一定的指导意义。     

倒三角形荷载下双重弯剪型结构的位移计算方法

为了研究双重弯剪型结构承受倒三角形荷载的位移计算方法,在前期研究工作基础上,首次推导出倒三角形荷载下双重弯剪型结构中两个子结构的弯曲变形、剪切变形、总水平位移的通用表达式,进一步完善了广义双重结构的位移计算理论.针对框架-密肋复合墙结构、框架-剪力墙结构的变形特点,由双重弯剪型结构的位移计算公式出发,推导出前两种结构承受倒三角形荷载时的特解与位移解析解,证明了:框架-密肋复合墙结构是双重弯剪型结构的一个子结构抗弯刚度趋于无穷大的具体表现形式;框架-剪力墙结构是双重弯剪型结构的一个子结构抗弯刚度趋于无穷大且另一个子结构抗剪刚度趋于无穷大的具体表现形式.本文对具有不同变形特征的双重结构位移计算方法的分析有助于从更高层面理解水平荷载下任意双重结构的变形规律及相互之间的关系.     

大跨度悬索桥索股抗弯刚度对锚跨张力测试精度的影响研究

为研究索股抗弯刚度对张力测试精度的影响,基于能量法推导了计入索股抗弯刚度和忽略索股抗弯刚度影响的悬索桥锚跨索股在两端铰接时索股张力和自振频率的关系,考虑到悬索桥索股边界条件的复杂性,结合动平衡法得出了索股在一端铰接一端弹性支承时索股张力与自振频率之间的相关表达式。通过算例,对所得表达式的精度及有效性进行了验证,结果发现索股的抗弯刚度对索股张力控制精度的影响较大。工程应用研究则表明,索股抗弯刚度对测试精度的影响,主要由索股张力产生的应力刚度与索股抗弯刚度之间的比值决定;锚跨索股边界条件的不确定性,对控制精度也产生较大影响,施工锚跨张力控制过程中,结合提出的最小二乘法,能有效地解决该问题,并能大幅提高索股张力控制精度。     

两种典型螺栓连接结构的刚度特性比较研究

针对法兰对接和径向套接两种典型舱段螺栓连接形式,基于有限元静刚度计算、动力学简化建模、冲击响应特性分析及结构冲击试验,系统研究了两种连接形式的轴向刚度特性及其对动力学冲击响应的影响.有限元静刚度分析揭示了法兰对接与径向套接的轴向拉压刚度分别是非对称的和对称的,而法兰对接的平均刚度更大.之后,为两种连接形式建立了统一的动力学模型,证明非对称的轴向拉压刚度导致结构在受到横向载荷作用时会产生附加的耦合轴向振动,并且利用高精度幂函数拟合刚度跳变,得到耦合轴向振动频率是弯曲振动频率的二倍的结论.最后,通过冲击动力学试验证明了法兰对接存在二倍频的耦合轴向振动,而径向套接则不存在该耦合振动.径向套接虽然一阶频率较低,但阻尼效果更好.     

基于实验模态分析的点阵夹层结构动态性能预测

引入均一化等效理论,对金字塔型结构芯体夹层材料的芯体弹性常数进行均一化等效处理,并将其用于研究该夹层材料结构的动态性能．同时采用三维（3D）离散有限元模型计算了结构的动态性能．为验证了理论预测的正确性,设计并制备了金字塔点阵悬臂梁,进行了实验模态分析,将实验结果与理论计算的各阶自振频率进行了比较．结果表明：该模型对低阶自振频率的计算结果与实验结果、3D离散有限元模型计算结果吻合得都比较好,一阶自振频率误差不到5％,其它误差在10％左右．     

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。     

考虑非线性变形的航天器柔性附件建模方法

针对航天器的柔性附件,将其简化为常见的大范围运动空间柔性梁结构。根据柔性体的非线性变形原理,考虑了弯曲和扭转的非线性因素的影响,在柔性梁的三个变形方向上均考虑了变形的二次耦合项。利用有限元方法进行离散并用Lagrange方程建立了非线性变形模式下的动力学方程,包含了较为完全的刚度矩阵和各种耦合项。对一大范围运动的空间梁进行了仿真计算,表明在运动速度较大并且基座具有大范围运动时,一次耦合模型与本文模型有一定差异,且初始变形对两种模型也会产生影响。     

含裂纹梁非线性静动力特性及简化动力学建模Static and dynamic behaviour of cracked beam and simplified dynamic model

主要研究裂纹对梁结构动力特性的影响规律,进而为含裂纹梁结构状态监测提供理论依据。首先,对裂纹影响区域进行分析,建立含裂纹梁二维接触非线性有限元模型,阐明含裂纹梁具有拉压不同刚度的静力特性;其次,通过对机理模型的分析,指出拉压不同刚度会引起轴向与弯曲的耦合振动;然后,通过非线性动力学分析方法研究其动力特性,观察到含裂纹梁在冲击荷载下会产生轴向与弯曲的耦合振动现象,并指出这种轴向与弯曲耦合振动的一个重要特征是轴向振动频谱图中含有弯曲振动基频的两倍频成分;最后,通过引入非线性弹簧建立一种新颖的含裂纹梁简化动力学模型,通过与精细有限元分析对比,验证了模型的合理性。该简化动力学模型将接触非线性问题转换为材料非线性问题,避免了费时的接触非线性动力学求解过程。     

纤维增强复合材料层合板的优化设计

本文从中面内承受轴向压力和剪切,及从垂直于中面内的横向载荷考虑弯曲挠度和自振频率,综合研究纤维增强复合材料层合板的优化设计。     

基于变分原理的高层斜交网格筒结构受力分析

对目前一种新型的建筑结构体系高层斜交网格筒结构,采用刚度等效的原则构建出了结构等效模型。为了得出能够全面描述结构特性的位移场和内力连续函数,采用能量变分原理对等效化连续模型进行了理论推导并求出了闭合解。与有限元方法计算结果对比,二者结果吻合较好。通过进一步分析推导出的连续函数,得出了高层斜交网格筒结构的内力和变形分布特性。研究结果表明:本文提出的方法理论严密,计算方便;结构的整体变形以弯曲型为主;结构的最优内力和刚度需选取合适斜柱夹角来实现;斜交网格筒体底部和上部剪力滞后效应不容忽视。本文方法可为该领域进一步的理论研究提供参考。     

纤维增强复合材料层合板的优化设计

本文从中面内承受轴向压力和剪切,及从垂直于中面内的横向载荷考虑弯曲挠度和自振频率,综合研究纤维增强复合材料层合板的优化设计。     

含裂纹梁非线性静动力特性及简化动力学建模

主要研究裂纹对梁结构动力特性的影响规律,进而为含裂纹梁结构状态监测提供理论依据。首先,对裂纹影响区域进行分析,建立含裂纹梁二维接触非线性有限元模型,阐明含裂纹梁具有拉压不同刚度的静力特性;其次,通过对机理模型的分析,指出拉压不同刚度会引起轴向与弯曲的耦合振动;然后,通过非线性动力学分析方法研究其动力特性,观察到含裂纹梁在冲击荷载下会产生轴向与弯曲的耦合振动现象,并指出这种轴向与弯曲耦合振动的一个重要特征是轴向振动频谱图中含有弯曲振动基频的两倍频成分;最后,通过引入非线性弹簧建立一种新颖的含裂纹梁简化动力学模型,通过与精细有限元分析对比,验证了模型的合理性。该简化动力学模型将接触非线性问题转换为材料非线性问题,避免了费时的接触非线性动力学求解过程。     

三参数粘弹性地基上层合板的自由和强迫振动

基于三参数粘弹性地基模型及Reddy高阶剪切变形板理论,用双重Fourier级数形式解求得粘弹性地基上四边简支对称正交及反对称斜交层合板的各模态自由振动频率的解析解,以及这两种层合板在任意横向动荷载作用下动力响应的半解析解。通过参数分析讨论了粘弹性地基参数、边厚比等因素对自振频率及动力响应的影响。结果表明,地基的剪切刚度和压缩刚度提高了板的自振频率而降低了板的振动幅值,地基的粘性作用不可忽略。     

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵．建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型．采用ANSYS软件进行数值模拟分析，研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应，对地震波激励下的结构进行了时程分析．分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响，节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响；半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性，柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中．     

连体构架避雷针风振计算的简化方法

为简化构架避雷针风振时域计算从而有效降低计算耗时,以单跨和三跨构架避雷针结构为例,根据构架体系的结构特性和风振特点,提出一种简化计算方法,即对每个塔架单独建模并考虑结构刚度和质量系统的一致性和横梁荷载的等效加载,从而对每个塔架单独进行动力计算,并对这种简化方法的合理性进行了验证.研究发现,构架避雷针的频率较小,风振效应...     

框筒结构考虑负剪力滞效应的简化分析

在引入D值法分析框筒结构在水平荷载作用下的整体剪切变形和内力的基础上,提出了框筒结构各层同时存在正剪力滞和负剪力滞的简化假定,并假设了框筒各柱的轴向应变分布模式,对负剪力滞的影响因素进行了分析,得出了一些重要的结论。本文方法比等效平面框架法和等效连续体法更为简单、实用,可直接进行手算。通过与空间框架分析程序的比较,精度可供初步设计使用。     

三角形截面梁柱构件的三维等效弹簧计算模型

传统有限元在分析梁柱构件时一般采用常应变单元和双线性单元,但此类单元在梁柱构件受弯分析中计算精度不是很高.本文根据梁柱构件的力学性能,在三维连续介质体受到轴向变形和弯曲变形的状态下,利用其轴向变形和弯曲挠度相同,得到具有相同宽度和高度且刚度等效的超静定桁架力学模型.然后,通过桁架杆的截面参数求得弹簧的刚度系数,从而得等效弹簧元模型.本文提出的等效弹簧模型计算方法简单,便于扩展到更为复杂的构件分析中.