索梁结构非线性振动有限元分析

为了更全面、精确地进行包括斜拉索参数振动在内的索梁结构非线性振动分析,该文采用索单元和去除自重的非线性动力计算方法,实现了能考虑参数振动的拉索非线性振动有限元方法;采用扩大Rayleigh阻尼矩阵,可以同时考虑主梁的阻尼和相对较小的拉索阻尼;将这些计算方法植入自编程序NL_Beam3D中以考虑斜拉索与主梁之间的相互作用。以1993年Fujino进行的索梁结构试验为算例,分析表明该方法能较正确地模拟索梁结构中副不稳定区域和主不稳定区域的拉索参数振动。     

斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动影响

为研究斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动的影响,利用Galerkin方法得到了两端激励拉索的离散运动方程,再用Matlab和DSolver分别求解,两者结果完全吻合。绘制了激励-响应关系图,分别研究两种纵向漂移频率(主共振和亚谐波共振)时固结体系、小幅纵向漂移和大幅纵向漂移三种情况下斜拉索非线性振动。结果表明:合理的主梁纵向漂移可有效减小斜拉索振动;斜拉索本质上只存在参数激励和强迫振动两种激励模式,在亚谐波共振时这两种激励模式互不影响。不论斜拉索角度,端部激励大小及方向如何变化,只要各激励在斜拉索轴向分量之和(参数激励)及横向分量之和(强迫振动)不变,则斜拉索响应不变。     

斜拉索面内参数振动的理论和试验研究

研究斜拉索在弦向位移激励下的面内非线性振动方程,该振动方程考虑拉索垂度、倾斜角、大位移、激励幅值、阻尼等影响因素,并应用龙格-库塔数值积分法求解该微分方程。在试验室建立了斜拉索模型,开展斜拉索受弦向位移激励的面内参数振动的试验研究,实现了斜拉索的参数振动。试验研究和数值计算表明斜拉索的参数振动与系统频率比、激励幅值、阻尼等因素有关,参数振动发生在一定的频率比范围内,斜拉索振幅与频率比关系曲线体现出非线性特性,系统阻尼使得斜拉索参数振动的激励幅值要超过一定的阀值。     

斜拉索受轴向激励引起的面内参数振动分析

考虑拉索垂直及几何非线性的影响，导出了拉索在轴向激励作用下的非线性振动方程，用谐波平衡法得出了产生参数共振的最小激励幅值，共振时瞬态和稳态的振幅值及拉索内力的变化特性，论述了结构阻尼对参数振动的影响，并对典型斜拉索进行了数值求解，研究结果表明，参数振动的响应特性与Irvine参数，频率匹配，激励幅值，倾斜角度等有关，索内力在瞬态现稳态有较大的变化，索的瞬态内力不容忽视。     

振动工况下螺栓连接自松弛机理研究

为研究振动工况下螺栓连接自松弛机理,利用ANSYS参数化语言建立考虑螺纹的三维螺栓连接有限元模型,用降温法加载预紧力,进行螺栓连接横向振动瞬态分析;研究横向激励幅值、初始预紧力、螺纹啮合面、螺栓头及螺母承压面以及连接物之间结合面的摩擦因数等对螺栓连接自松弛影响。结果表明,横向振动时完全滑移先发生于螺纹啮合面处;横向激励幅值越小、初始预紧力越大、螺纹啮合面及螺栓头、螺母承压面摩擦因数越大,螺栓连接自松弛越不易发生;激励幅值一定时连接物间结合面摩擦因数对自松弛无影响,但摩擦因数越大,发生横向振动所需剪切载荷越大。研究结果对理解螺栓连接自松弛、指导防松设计具有重要意义。     

斜拉索的不稳定振动及控制

研究斜拉索在支座运动激励下的不稳定性及其控制.建立斜拉索的运动方程,并用Galerkin法化为参激振动的常微分方程组.基于Floquet理论,分析其不稳定,通过数值计算确定不稳定区.比较控制与未控时不稳定区的变化,分析控制效果.弹性恢复力对于索不稳定性的控制效果比阻尼力更显著.     

斜拉索不稳定振动的主动及半主动控制

研究斜拉索在支座运动激励下参激不稳定振动的主动及主动控制.建立斜拉索的参激振动方程,基于Floquet理论分析其不稳定性.应用LQ控制方法确定最优主动控制力,并按照Bingham模型确定相应于磁流变阻尼器的最优半主动控制力.数值结果表明,对于索不稳定振动的控制效果很显著,且切实可行.     

采用向量式有限元的拉索参数振动模拟

拉索的参数振动主要是由连接拉索端部的结构振动引起的,当端部振动频率与拉索的自振频率满足一定倍数关系时,拉索端部激励容易激发较大拉索参数振动。由于参数振动存在复杂的非线性振动特征,传统的解析方法难以应用于实际工程。本文发展了模拟拉索参数振动的向量式有限元方法,对斜拉索在动边界条件下的振动进行分析,对比控制方程的数值解以验证结果的准确性。并基于向量式有限元模型对端部支座轴向运动激励下产生的主共振区和主参数共振区特性进行讨论,分别研究了拉索倾角、阻尼比以及风荷载协同作用对参数振动的影响。研究结果表明向量式有限元可以有效模拟复杂工况下的拉索参数振动,有利于实际工程应用。     

喷涂机悬臂梁的正弦激励参数振动分析

目的自动式喷涂机喷涂效率和质量较低与其在工作过程中受激产生振动密切相关,需要进行参数振动分析,以提高喷涂机系统的稳定性。方法首先建立喷涂机力臂-喷枪系统的正弦激励悬臂梁的弯扭耦合振动模型,对系统的参变方程进行有限差分离散处理,得到系统的质量和时变刚度矩阵,然后运用时间离散和Matlab振动工具箱进行求解和分析。结果喷涂机系统的固有频率随时间的变化情况近似于正弦,且随着激励振幅和激励频率的增加都有趋于增大。当激励幅度大于3cm时,系统的振动幅值会急剧增加,说明弯扭振动发散,系统趋于不稳定。当激励频率大于150rad/s时为不稳定区域;激励频率小于150 rad/s时系统的大部分区域趋于稳定;同时在激励频率等于95 rad/s附近系统不稳定。结论喷涂机悬臂梁在不同激励参数条件下具有复杂的振动行为,研究其振动特性对提高自动式喷涂机的稳定性和效率具有重要的指导意义。     

斜拉索雷诺数效应与风致振动的试验研究

干索驰振是近年来发现的斜拉索振动类型,由于振幅大、破坏严重,是设计中需要重点考虑的问题之一。通过三种不同粗糙程度的斜拉索模型测力风洞试验,得到了模型气动阻力和气动升力随雷诺数变化的曲线;通过测振风洞试验,得到了模型振动振幅随雷诺数变化的曲线。分析表明：在雷诺数临界区域,模型周围的流场不对称且不稳定,模型产生平均气动升力,不稳定的升力导致模型平衡位置的变动,同时引起模型发生大幅振动。随着斜拉索表面粗糙度的增大,临界雷诺数变小。对于表面光滑的斜拉索,由于临界雷诺数对应的风速很大,所以实桥发生这种振动的可能性较小。但是斜拉索在诸如风吹日晒、漂浮物黏着等环境下逐渐变得粗糙,导致临界雷诺数减小,使得在相对小的风速下斜拉索发生临界雷诺数区域的大幅振动成为可能。这是实桥斜拉索发生干索驰振的可能机理之一     

O型套环对斜拉索涡激振动影响的试验研究EI北大核心CSCD

斜拉索的涡激振动起振风速低,发生频繁,可能造成斜拉索的疲劳破坏,因此,斜拉索涡激振动的控制措施研究和设计十分重要。根据斜拉索涡激振动机理,提出O型套环这种气动措施来控制涡激振动,通过风洞试验,比较了标准斜拉索和套环斜拉索的涡激振动响应,研究了套环几何参数对斜拉索涡激振动的控制效果和影响规律,并初步分析了抑制振动的机理。结果表明:套环可以有效抑制斜拉索涡激振动,不同试验参数套环可将原振幅减小13%~98%;从总体趋势来说,套环宽度和厚度越大、间距越小,套环对斜拉索涡激振动的控制效果越好;安装O型套环之后,斜拉索外形表现出三维几何特征,流场的三维性被加剧,进而卡门涡的规则脱落和涡激振动被减弱。     

随机车载激励的斜拉索非线性振动响应极值预测

为了预测随机车辆荷载作用下斜拉索非线性振动的响应极值,采用蒙特卡罗随机抽样法生成随机车流荷载,求解随机车流荷载在斜拉索梁端和塔端产生的位移;将索端车致位移作为斜拉索的外部激励输入,采用龙格-库塔数值方法求解斜拉索的非线性空间耦合振动响应;基于经典Rice公式极值预测理论,提出随机车载激励的斜拉索非线性振动响应极值预测方法。实际工程的应用结果表明：车辆荷载为斜拉索的梁端提供了较大的竖向和纵向位移激励,为塔端提供了较大的纵向位移激励,其对拉索的轴向和面内振动响应影响较大,对拉索的面外振动响应影响较小;斜拉索的车致振动响应极值随着车流密度和重现期的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致振动响应界限跨阈次数的拟合效果很好,提出的斜拉索非线性振动响应极值预测方法有效可靠且在工程实践中应用方便。     

参数激励下深海立管多模态耦合振动特性分析

由于浮体升沉运动影响,引起立管在水平方向上发生参数激励振动。参激振动可以引起平衡位置的不稳定性,如果系统参数组合落在不稳定区域,将导致立管振动破坏。针对简谐参数激励,建立立管横向振动方程,考虑立管内部张力沿轴线变化,立管固有频率和振型发生变化,参激振动出现模态耦合效应。采用Floquet理论分析了立管无阻尼和有阻尼时的参激稳定性,计算了临界参数激励下的动力响应。与单模态参激振动对比表明,同等阻尼下,模态耦合参激振动不稳定区域显著增大,更易发生参激共振。多模态耦合参激振动发生时,小激励也能激起大响应,特别是弯曲应力将显著增大。     

端部激励下空间倾斜拉索非线性振动特性研究

为探讨空间倾斜拉索承受塔锚固端或梁锚固端谐波位移激励下的非线性振动特性,基于牛顿运动定律及拉索索力的状态变化,综合考虑拉索振动松弛与非松弛特性,推导了斜拉索承受端部任意方向位移激励下的三维空间非线性振动方程,并采用Runge-Kutta分段时程积分法求解该方程。研究表明：在三维空间坐标系下,拉索振动呈现面、内外耦合振动特性,且耦合振动幅值与拉索面、内外固有频率及激励频率大小有关;在面内位移激励下,增大激励幅值,拉索振动呈现面外自激振动特性;增大拉索初始垂度及激励幅值,拉索振动呈现松弛与非松弛状态交替变化过程。     

斜拉桥拉索的参数振动有限元分析

为探讨斜拉桥拉索发生大幅参数振动的条件,以及在振动过程中拉索的振幅和张力波动的特点,本文利用作者建立的几何非线性结构非一致激励响应分析方法,进行了斜拉索的参数振动有限元分析。分析表明：桥面的面内激励易使斜拉索的振动包含面外对称振型,从而出现组合振动现象;而桥面的面外激励只激起面外对称振动,不易引起斜拉索的面内振动;增加斜拉索的阻尼可抑制其振幅,缩小其发生大幅振动的频率范围,但其张力波幅却相应增加。所得结果与以往研究者的解析结果及实验观测现象相一致。     

索端激励对斜拉索风雨致振动性能的影响

实际斜拉索的振动可能是风-雨致振动和参数振动的组合, 索端激励对斜拉索风-雨致振动性能有一定影响。将索端激励转化为作用在斜拉索上的弹性力和惯性力, 建立了斜拉索风-雨致振动和参数振动的组合分析模型, 在讨论了参数振动模型和斜拉索风-雨致振动的特性后, 探讨了索端激励对风-雨致振动振幅、水路运动以及达到最大振幅所需时间的影响。结果表明:在一定的频率范围内, 索端激励的存在会改变斜拉索风-雨致振动幅值和水路运动幅值随时间变化的特性, 并能促进斜拉索风-雨致振动的发生。     

基础位移激励下斜支承弹簧减振系统的振动

建立了基础位移激励下斜支承弹簧减振系统的几何非线性振动方程,研究了基础位移激励下斜支承弹簧减振系统的几何非线性振动问题。采用L-P法推导出了斜支承弹簧减振系统的非线性振动近似解,讨论分析了基础位移激励振幅、位移激励频率、斜支承弹簧倾角等因素对斜支承弹簧减振系统非线性振动的影响,得到了斜支承弹簧系统的减振效果优于垂直安装弹簧减振系统的减振效果,为斜支承弹簧减振器的设计提供了理论依据。     

纵向肋条对斜拉索气动力和涡激振动特性影响的试验研究EI北大核心CSCD

斜拉索的风雨振和涡激振动是广受关注的风致振动问题,为了抑制风雨振,在斜拉索表面设置纵向肋条,是常用的气动措施之一。纵向肋条的参数对涡激振动性能的影响,以及对斜拉索气动力的影响,是值得研究的问题。通过风洞试验,在斜拉索表面布置了宽度和高度均为5 mm的长方体肋条,研究了2根肋条在不同位置α下,斜拉索的气动力及涡激振动的变化规律。结果表明:对于气动力,当布置的肋条位置α≥25°时,雷诺数对斜拉索的风压分布基本没有影响;当布置的肋条夹角α≤30°时,有肋条斜拉索的平均阻力系数均小于无肋条斜拉索;当布置的肋条位置α≥35°时,斜拉索的平均阻力系数和平均升力系数不随雷诺数发生变化,而当肋条位置α=60°时,斜拉索的平均阻力系数达到最大值,约为1.7。对于涡激振动,在肋条位置α=55°的工况下,斜拉索的涡激振动被完全抑制,可以运用在实际工程以抑制斜拉索及相关细长柱体结构的涡激振动;但当位置为60°时,斜拉索的涡激振动振幅虽然比无肋条状态有所减小,但涡振的风速锁定区间会被放大,在实际工程中应充分考虑这一现象。     

考虑局部拉索振动的斜拉桥抖振响应分析

桥梁结构的抖振响应受抖振力和结构动态特性的影响。在有限元分析中,建立结构动态特性矩阵时将斜拉索处理成直杆单元而忽略拉索局部振动的影响。在考虑拉索锚固点随结构运动的情况下,推导出斜拉索局部振动引起的拉索动张力公式。分析认为,虽然斜拉索的局部振动对结构整体抖振响应的影响不甚显著,但结构整体运动对斜拉索的局部振动有显著影响。     

超长斜拉索张力振动法测量研究

研究超长斜拉索张力的振动测试方法.索力振动测试过程中用人工激励也很难获得超长斜拉索的低阶振型,此时采用高阶频率多阶差平均的办法求取基频往往误差较大;从考虑了抗弯刚度和垂度影响的斜拉索横向自由振动方程出发,通过对拉索进行单模态振动分析得到其自由振动频率变化规律,将计算结果与实测数据比较,进而确定频谱分析得到的拉索高阶振动频率对应的模态阶数,由此对索力计算公式进行了修正,从而拓展了振动法测量斜拉索张力的适用范围;最后结合具体工程实例进行了讨论分析.