不同边界条件下拉索振动的主动控制研究

拉索由于质量轻、柔性大、阻尼小,在风荷载作用下,容易产生横向振动.一般情况下,想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制这种振动有一定的困难.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.由于某些情况下拉索的抗弯刚度对振动频率有一定的影响,本文在考虑拉索抗弯刚度的基础上,建立了不同边界条件下拉索振动主动控制模型.本文通过线性二次型最优控制(LQR)策略对拉索振动实施了主动多模态控制仿真分析.计算结果表明,轴向主动多模态控制能够有效地抑制拉索的振动.     

带人工雨线的拉索在风激励下的响应

通过在风洞中对一具有可调动力特性、雨线位置和风向角的带人工雨线的拉索模型进行了试验,研究了拉索的风雨激振特性.试验结果和其他研究人员的结果进行了仔细对比,得到了一些新的结论,澄清了过去的一些模糊认识.结果表明,带人工雨线的水平索在风向为零时的响应可以用Den Hartog驰振机制来解释,而风向不为零时,拉索表现为限速振动或限速和驰振的混合型振动.     

拉索预应力巨型网格结构参激振动及动力稳定性研究

针对拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性问题进行了研究。首先建立索-拱简化模型,分析了桁架拱拉索参激振动的诱发机制与特征,并利用ANSYS软件进一步探究了参激振动的影响因素,然后对简谐荷载作用下拉索预应力桁架拱及整体结构的动力稳定性进行了分析。研究表明：当结构振动频率为索基频的2倍左右时,拉索会发生参激振动,振动响应特征与激励幅值、阻尼、拉索初张力、支承方式等相关;拉索预应力桁架拱在水平简谐荷载作用下一般会发生动力失稳破坏,在竖向简谐荷载作用下发生动力强度破坏,拉索预应力巨型网格整体结构在简谐荷载作用下通常发生动力失稳破坏。     

多指标约束的斜拉索滑模非脆弱减振控制

为了提高斜拉索-磁流变阻尼器减振控制系统的稳定性, 提出了一种多指标约束的滑模非脆弱减振控制算法. 基于线性矩阵不等式(LMI), 利用H∞性能指标和保性能指标分别用来抑制外界扰动, 保证系统渐近稳定且具有一定上界指标, 并以区域极点配置表征减振控制稳定性与快速性, 方差表征小振幅和振动速度. 将非脆弱状态反馈控制与滑模控制相结合, 得到了多指标约束的滑模非脆弱减振控制算法设计形式及方法. 在强度为0.1002高斯白噪声随机扰动下, 对某跨海大桥C18、C13号斜拉索进行算例仿真. 结果表明, 该算法不仅使减振控制系统具有较优的保性能上界指标和较小的抗扰性能指标, 同时使拉索振动状态幅值降低91.11%~92.50%, 收敛时间缩短76.67%~84.00%.     

巨型钢框架-拉索支撑结构中拉索的抗侧机理

研究巨型钢框架-拉索支撑结构中预应力拉索的抗侧机理,为确定拉索参数提供理论依据. 基于预应力的作用形态及力学原理分析得到预应力拉索的抗侧机理,推导了预应力拉索抗侧刚度理论公式. 从模型试验的角度进一步研究,将模型试验的结果与理论推导及数值分析的结果进行对比分析,最终验证了预应力拉索的抗侧机理：预应力为柔性拉索建立轴向刚度和稳定性,使预紧过的拉索既可承受拉力,也可承受压力,从而为结构提供弹性约束支撑.     

碳纤维复合材料拉索的非线性力学性能

采用解析法分析碳纤维复合材料(CFRP)拉索的非线性力学性能,通过与钢拉索对比分析,得出了CFRP拉索的受力特点.由于密度低,CFRP拉索自重应力、垂度约为钢拉索的1/5,承载效率也比钢拉索高许多,其承载极限长度为钢拉索的7倍,且随跨径增大,钢拉索的等效弹性模量下降非常快,而CFRP索仍保持较高值.由于CFRP线胀系数比钢材的线胀系数要小得多,约为其1/14,在温差与约束相同时,无垂度CFRP索温度应力仅为无垂度钢索的1/23.当有垂度时,钢索的温度应力降低,CFRP索的温度应力变化很小.     

AN ASYMPTOTIC PRESERVING SCHEME FOR THE VLASOV-POISSON-FOKKER-PLANCK SYSTEM IN THE HIGH FIELD REGIME

The Vlasov-Poisson-Fokker-Planck system under the high field scaling describes the Brownian motion of a large system of particles in a surrounding bath where both collision and field effects (electrical or gravitational) are dominant. Numerically solving this system becomes challenging due to the stiff collision term and stiff nonlinear transport term with respect to the high field. We present a class of Asymptotic-Preserving scheme which is efficient in the high field regime, namely, large time steps and coarse meshes can be used, yet the high field limit is still captured. The idea is to combine the two stiff terms and treat them implicitly. Thanks to the linearity of the collision term, using the discretization described in [Jin S, Yan B. J. Comp. Phys., 2011, 230: 6420-6437] we only need to invert a symmetric matrix. This method can be easily extended to higher dimensions. The method is shown to be positive, stable, mass and asymptotic preserving. Numerical experiments validate its efficiency in both kinetic and high field regimes including mixing regimes.     

直接法与间接法对拉索耦合内共振的影响研究

首先基于哈密顿变分原理推导了考虑抗弯刚度影响的拉索二自由度控制微分方程,然后分别采用直接法与间接法处理动张力,结合MATLAB软件对比这两种计算方法对控制微分方程中系数的影响。采用多尺度法分析了拉索可能存在的内共振模式,结合数值法分析了直接法与间接法对拉索振幅的影响,最后对比了两种计算方法下抗弯刚度对拉索幅值造成的影响。针对某座桥梁的斜拉索进行参数分析,其参数分析结果表明:两种计算方法下控制微分方程中系数的大小都随着拉索跨径的增加而减小,其中系数b₅、b₅’、b6、b6’、c5、c5’的值在跨径到达30m时趋于稳定不再变化,系数b₄、b4’、b₈、b₈’、b₉、b₉’、c₆、c₆’、c₇、c₇’的值在跨径到达10m时趋于稳定不再变化,且两种计算方法所得系数的比值接近1.5。内共振分析表明,直接法与间接法不会影响拉索耦合共振的幅值,抗弯刚度对拉索幅值...     

斜拉索非线性振动跳跃过程实验研究

斜拉索振动中的"跳跃"现象是一种典型的非线性行为.虽然,在以往的理论和实验研究中已发现该现象,但是,却没有直接观测到其发生的过程.为探究斜拉索"跳跃"过程及该过程中的非线性动力行为,根据动力相似理论的弹性力-重力相似律设计了斜拉索实验模型.通过在扫频试验中使激励频率恰好等于"跳跃"的临界频率,直接观测到斜拉索自发发生的"跳跃"过程.对空间运动形态变化规律和特征的研究发现:斜拉索"跳跃"过程空间运动不仅仅是振幅突然改变,而是经历了面内外振幅急剧减小、面内外振动交替占主导及"气圈"运动逆顺时针交替变换3个阶段.     

斜拉桥拉索-阻尼器系统非线性响应分析

考虑索的抗弯刚度、垂度及几何非线性的影响,得出了索一阻尼器系统的空间非线性振动偏微分方程,用中心差分法将微分方程在空间内离散,导出了系统的非线性振动常微分方程组。结合Newmark法及虚拟力法提出了一种用于求解非线性振动瞬态响应的杂交分析算法。并以典型的斜拉桥拉索为研究对象,给出了数值算例,并与Runge—Kutta直接积分法进行了比较,说明了杂交算法的准确性及有效性。