支承不在同一直线上多跨索的固有振动分析

研究了多跨索支承在同一平面内且不在同一直线上的固有振动。分段求出了每个单跨索的振型函数,然后根据单跨索的边界条件以及连续性条件得到了多跨索的固有频率特征方程,利用此频率特征方程即可确定多跨索的固有频率。在算例分析中,把该方法计算结果与有限元方法计算结果进行比较,验证了该计算方法可靠性,还讨论分析了多跨索的倾角对固有频率的影响。     

弯斜拉桥中索的主共振研究

研究由弯斜拉桥桥面振动引起的斜拉索参数共振和主共振问题。将弯斜拉桥施工及成桥状态的复杂结构进行简化,建立索-曲梁组合结构力学模型,推导考虑拉索初始垂度及几何非线性影响的索-曲梁组合结构非线性动力学方程。将索与曲梁的连接方式处理为弹性支承。运用多尺度方法研究斜拉索的参数共振和主共振,并对稳态解的稳定性进行分析,同时对斜拉索参数共振和主共振进行数值模拟,得到不同阻尼及不同初始条件下拉索的时间历程曲线。研究结果表明:桥面的低阶振动频率在索的线性振动频率附近且激励幅值在一定范围内时,桥面的小幅振动能够激励起拉索的大幅运动,影响弯斜拉桥施工与运营的安全性。     

变曲率均质梁结构的振动特性研究EI北大核心CSCD

曲梁结构具有外形美观、力学性能好和承载能力强等一系列优点,在建筑、桥梁、船舶和航空航天等领域得到广泛应用。首先,基于一阶剪切变形梁理论和哈密尔顿原理建立四种典型曲梁结构(即圆弧曲梁、椭圆曲梁、抛物曲梁和双曲曲梁)在复杂边界条件下的统一动力学分析模型。其次,对上述曲梁结构模型进行收敛性验证并确定最佳截断数和边界弹簧刚度的取值。然后,对已建立曲梁结构模型进行准确性验证并证明其可以快速求解复杂边界条件下曲梁结构的振动特性。最后,研究结构参数、边界条件和脉冲载荷类型对曲梁结构振动特性的影响。分析结果表明,曲梁结构厚度、弹性边界条件以及脉冲载荷类型对曲梁结构的振动特性具有不同程度的影响。     

考虑弹性边界条件曲梁模型的覆冰输电线舞动

基于传统索单元理论的覆冰输电线舞动模型不能考虑平动和扭转的耦合作用以及扭转非线性。考虑绝缘子串和相邻跨度的刚度的影响,基于曲梁理论,根据Hamilton原理和Galerkin方法推导了考虑边界条件的三自由度舞动模型。采用Mathematica编制了曲梁理论模型和索理论模型程序分别对覆冰输电线舞动方程进行求解。算例分析表明,考虑边界条件的三自由度舞动曲梁理论模型与实测结果吻合较好,与索理论模型相比更优越。随着边界弹簧刚度的增大,竖向位移和侧向位移幅值随之增大,扭转位移幅值相应减小;发生舞动的下临界风速和上临界风速都在增大,舞动范围变小。弹性边界对副法向和扭转向模态影响较小,对轴向、竖向模态影响显著。     

基于状态空间法的圆弧曲梁面内动力学分析

该文采用状态空间法研究了圆弧曲梁面内动力学特性。通过选择合适的状态变量，建立了相应的状态空间列式，并给出了固有频率和振动模态的求解过程。进一步通过引入辛内积的概念，建立了三种工程常见边界条件(简支、固支和自由)下圆弧曲梁面内振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式。在此基础上，运用模态叠加法给出了非齐次状态方程的解析解，并得到了圆弧曲梁在竖向移动集中荷载作用下的瞬态响应。数值算例结果表明该文方法是十分精确和可靠的。     

多索-梁结构固有振动特性分析

进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。     

开口组合曲梁焊钉剪力分布规律研究

采用空间板壳和实体单元详细模拟了组合曲梁的钢板和混凝土,用考虑3个方向位移的弹簧单元模拟组合梁中的每个焊钉连接件。结合一工程实例,用空间有限元模型详细计算了开口组合曲梁的受力,得到焊钉在组合梁中的剪力分布。组合曲梁的焊钉不仅有切向剪力还有法向剪力,其中切向剪力在梁端部大中间小,而法向剪力是在梁中间大两端小。当曲梁中心弧长与曲率半径比值小于0.5时,可以忽略法向剪力分量,用焊钉切向剪力近似代替其总剪力是可行的。当组合曲梁沿梁长度有多排焊钉时,相同截面处,内侧、外侧焊钉受力不均匀,外侧要大于内侧,而且随着弧长与半径比值的增大这种不均匀程度增大,在设计中应当引起足够的重视。     

曲面碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构的弯曲和振动特性

采用热压一次成型的工艺制备了曲面碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构,进行了三点弯试验探究了结构的弯曲破坏载荷与破坏模式。结果显示：结构的载荷位移曲线分为4个阶段,分别为线性阶段、损伤起始阶段、损伤演化阶段和失效阶段;破坏模式主要为面板压溃与节点失效。通过ABAQUS显示求解器建立了有效的弯曲和模态振动模型,得到弯曲破坏过程的失效模式、载荷位移曲线及结构振动模态与固有频率。讨论了不同参数(几何参数和材料性能)对弯曲和振动性能的影响,比较了不同边界条件对固有频率的影响。结果显示：相对密度(面板厚度、芯子直径)的增加会使结构的弯曲破坏载荷和固有频率增大,而芯子倾角ω的增大会使弯曲破坏载荷与固有频率的减小;材料的比刚度越大,固有频率越高。     

考虑自平衡条件槽形曲梁的静力学特性分析

考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后、剪切变形和翘曲扭转等因素的影响,以最小势能原理为基础,建立了薄壁槽形曲梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,获得了弯、扭、翘和剪滞效应相耦合广义位移的闭合解。算例中,分析了不同荷载形式、曲梁半径R、宽跨比等因素对曲线槽形梁力学特性的影响。该文解析法更好揭示了曲线槽形梁的力学特性以及各参数之间的内在关系,所得公式是对曲梁剪滞理论的发展。     

移动荷载作用下离散支承曲线轨道梁振动特性研究#br#

将钢轨视为Euler 曲梁,将钢轨扣件视为弹簧-阻尼器单元,利用振型叠加法和龙格-库塔数值方法计算得到移动荷载作用下整体式曲线轨道的响应特征。研究表明,在现有列车速度下,竖向挠度随着列车速度的增加而增加,增加幅度与曲线半径有关。扭转位移随列车速度增加降至零后基本不变,径向挠度则先降为零后快速增大,存在一个理想车速。当曲线半径小于轨道最小半径要求时,增加曲线半径可以减少曲梁挠度的大小,当满足最小半径后,继续增大曲线半径反而会增大扭转位移和径向挠度。超高角改变对曲梁的竖向挠度影响不大,但对径向挠度或扭转位移有重要影响,增加曲线半径可以减少径向挠度为零时对应的超高角值。在列车速度一定时,合理匹配曲线半径和超高角可以达到减少曲线轨道振动响应的目的。     

Free vibration of functionally graded spatial curved beams

A formulation for the free vibration analysis of functionally graded (FG) spatial curved beams is presented by taking into account the effects of thickness-curvature. The governing equation is based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and Ritz method is employed to obtain the natural frequencies. The curved beams presented are in the form of the cylindrical helical spring. The material distribution is in the direction of the curvature of the curved beam. The results for isotropic planar curved beams are validated with the known data in the literature. The effects of helix pitch angle, number of turns and boundary conditions on frequency parameters of spatial curved beams are investigated.     

斜拉桥拉索风雨激振的实验和理论研究

设计制作了可方便调节拉索模型倾角和风向角的试验装置以及用于测压试验的带人工雨线的拉索模型，在风洞中进行了试验，测量获得了具有典型倾角的拉索在不同风向角下，拉索和水线模型上的气动力。在此基础上，发展了三维刚性节段拉索模型和三维连续拉索风雨激振的理论模型。和以往的理论模型不同，在该模型中，分别建立拉索和水线的运动方程。应用这一理论模型，计算了拉索风雨激振响应，并分析了其机制。     

移动载荷作用下斜拉桥结构的动态响应计算分析

运用斜拉桥的近似分析方法,将漂浮体系的斜拉桥结构简化成两端简支且中间离散弹性支撑梁、变地基系数梁和均匀地基系数地基梁三种模型。建立了移动载荷作用下斜拉桥结构的动力学方程,用四阶龙格库塔法对动力学方程进行了计算,对三种模型的固有频率和三种模型在相同移动载荷作用下的动态响应进行了比较,并对移动载荷移动速度、垂直振动的刚度和阻尼对桥梁动态响应的影响进行分析。结果表明,当拉索等效弹性系数较小时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别较小,当拉索等效弹性系数较大时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别明显;桥梁动态响应的频谱由桥梁的固有频率和移动载荷的自振频率组成;移动载荷垂直振动的刚度越大,阻尼越小,桥梁振动的响应越大。     

张弦梁结构振动方法索力识别(Ⅰ): 振动特性的参数分析

以构造形式简单且应用广泛的张弦梁结构为研究对象,对大跨度索屋盖结构中索的索力识别方法进行了初步研究.首先通过分析张弦梁结构的受力特点,提出了张弦梁结构下弦边索段的振动分析模型,分析此模型得到边索段的自由振动方程隐式解答,该解答反映了索力与频率、抗弯刚度及边界条件等之间的相关关系.然后通过引入一组能够反映抗弯刚度及支承条件对结构振动特性影响的无量纲参数,并利用非线性数值计算,分析了抗弯刚度及支承条件对拉索结构自振特性的影响规律,得出若干有益结论.在以上工作基础上,提出了索力识别的初步模型,可为该种结构仅利用频率测试索力提供参考.     

单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究

进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上,模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应,参数化地研究了调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的减振作用,考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试,测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应,讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明:减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍;单人步行和跑动工况下,通过设置TMD,结构加速度峰值下降31.1%～55.9%,加速度均方根下降36.4%～52.0%;多种人群步行工况下,结构竖向加速度峰值最大为0.41 m/s~2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔,TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。     

不同风向角下斜拉桥拉索模型测压试验研究

研究风雨共同作用时拉索的气动力特性对建立拉索风雨激振理论模型是非常重要的。设计、制作了用于测压试验的拉索模型,以及可方便调节风向角的试验装置,并在风洞中进行了拉索模型的同步测压试验。试验得到了典型倾角的拉索模型在不同风向角时的平均和脉动风压系数和气动力系数。这些结果为建立精细的理论模型提供了基础。     

Magneto-thermo-mechanical dynamic buckling analysis of a FG-CNTs-reinforced curved microbeam with different boundary conditions using strain gradient theory

In this article, dynamic buckling analysis of an embedded curved microbeam reinforced by functionally graded carbon nanotubes is carried out. The structure is subjected to thermal, magnetic and harmonic mechanical loads. Timoshenko beam theory is employed to simulate the structure. Furthermore, the temperature-dependent surrounding elastic foundation is modeled by normal springs and a shear layer. Using strain gradient theory, the small scale effects are taken into account. The extended rule of mixture is employed to estimate the equivalent properties of the composite material. The governing equations and different boundary conditions are derived based on the energy method and Hamilton’s principle. Dynamic stability regions of the system are obtained using differential quadrature method. The aim of this paper is to investigate the influence of different parameters such as small scale effect, boundary conditions, elastic foundation, volume fraction and distribution types of carbon nanotubes, magnetic field, temperature and central angle of the curved microbeam on the dynamic stability region of the system. The results indicate that by increasing the volume fraction of CNTs, the frequency of the system increases and thus the dynamic stability region occurs at higher frequencies.     

Free vibration analysis of pre-twisted rotating FGM beams

The natural frequencies of vibration of a rotating pre-twisted functionally graded cantilever beam are investigated. Rotating cantilever beam with pre-twist made of a functionally gradient material (FGM) consisting of metal and ceramic is considered for the study. The material properties of the FGM beam symmetrically vary continuously in thickness direction from core at mid section to the outer surfaces according to a power-law form. Equations of motion for free vibration are derived using Lagrange’s equation and the natural frequencies are determined using Rayleigh–Ritz method. The effect of parameters such as the pre-twist angle, power law index, hub radius and rotational speed on the natural frequencies of rotating functionally graded pre-twisted cantilever beams are examined through numerical studies and comparison is made with the numerical results obtained using other methods reported in literature. The effect of coupling between chordwise and flapwise bending modes on the natural frequencies has also been investigated.