应用碳纤维索的大跨度斜拉桥结构振动特性

应用考虑拉索局部振动影响的计算理论，对主跨为1.4 km的碳纤维索斜拉桥设计模型进行了结构振动特性分析。从振型、自振频率和振型能量分布等方面比较了碳纤维索和钢索对大跨度斜拉桥结构动力特性的影响以及发生索桥耦合振动的可能性。计算结果表明，轻量碳纤维索自振频率高，全桥的拉索第1阶频率分布在0.43～2.15 Hz，普遍高于桥梁主要振型的频率，发生索桥共振的可能性较小；自重大的钢索第1阶频率分布在0.16～0.79 Hz，覆盖了桥梁低阶振型的频率，在主要振型中出现了明显的索桥耦合振动现象。根据主要振型的能量比例分布，在竖弯振型中碳纤维索的振型能量比例略小于钢索，这有利于改善斜拉桥结构的振动问题。研究结果证明了碳纤维索在大跨度斜拉桥中具有很好的应用性能。     

钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥自振特性研究

针对世界上第一座钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥,研究其自振特性,并进行了实桥的自振特性测量.研究结果表明:前3阶自振均不是主梁在竖向的振动,说明该桥的竖向刚度强于横向刚度;1阶竖向振动出现在结构的第4阶自振,频率为3.391 Hz;结构的1阶扭转出现在第6阶自振,频率为4.449 Hz;V腿结构的纵向和横向截面刚度会对钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥整体的自振特性有明显影响.     

中承式钢筋混凝土拱桥结构动力特性研究

利用有限元通用软件ANSYS,对一座中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构动力特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构动力特性的影响.计算结果表明,自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.这些研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

玻璃采光顶预应力索桁架支承体系动力特性

为了提供玻璃采光顶预应力索桁架支承体系抗风和抗震研究的理论基础,寻求其动力特性主要影响因素及影响量,采用连续化理论研究了其动力特性.以圆形平面玻璃采光顶预应力索桁架支承体系为例,考虑温度变化及几何非线性影响,基于动力学理论建立了该体系非线性振动方程.通过Galerkin方法,将偏微分方程转化为常微分方程,并采用LP法及KBM法对常微分方程进行了求解.结合算例讨论了温度变化、振幅、外激励等因素对玻璃采光顶预应力索桁架支承体系非线性振动的影响.算例表明,预应力索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,其自振频率随着振幅发生变化,非线性振动呈现“硬弹簧”特性,非线性自振频率高于线性振动频率,在简谐荷载激励下的稳态振动是稳定的周期运动.     

柔性索对空间索杆铰接式伸展臂性能影响分析

为了研究柔性索对空间索杆铰接式伸展臂力学特性及稳定性的影响,对伸展臂自平衡状态的受力情况进行分析,计算出满足伸展臂承载结构的最小索拉力设计值.计算表明,伸展臂展开驱动力矩随索拉力的增加而成比例增大;伸展臂的轴向拉伸刚度、剪切刚度和扭转刚度随着索的抗拉刚度增加而增大;静刚度实验表明索张力对静刚度几乎没有影响.仿真分析表明,增加斜拉索直径可以提高伸展臂的扭转振动频率,而斜拉索直径及张力对伸展臂的弯曲和轴向振动频率影响较小.对不同索张力的伸展臂桁架单元进行了动力学试验,验证了仿真分析的正确性.伸展臂铰接结构受力分析表明,增大索张力有利于提高伸展臂稳定性.     

戴河大桥简支系杆拱桥预应力对自振特性影响研究

利用有限元分析软件ANSYS对天津至秦皇岛客运专线戴河大桥的钢管混凝土简支系杆拱桥进行建模,对该桥梁模型进行模态分析,提取了桥梁在无预应力、0.5倍预应力、全预应力三种情况下前十阶的自振频率,分析了预应力对结构阵型和频率的影响,得出结论：预应力的施加对桥梁的振型影响不大,但是会使桥梁的竖向自振频率略微降低,扭转自振频率略有提高,拱肋的振动也有不同程度的提高.     

车辐式索桁架温度响应试验及可靠性评估

针对温度作用对车辐式索桁架结构影响的问题,以设计的跨度为6 m的车辐式索桁架结构为对象,进行了车辐式索桁架结构拉索的温度响应试验,得出温度作用对上环索和上径向索的预应力影响最为明显,定义稳定索为温度敏感性构件.基于可靠性理论,运用响应面法和蒙特卡洛法,得到不同温度影响下车辐式索桁架结构在位移限值控制下的可靠度指标及其变化趋势和不同结构参数对结构的灵敏度,温度影响下下径向索施加的预应力和活荷载为灵敏度最大的结构参数.     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥梁动力性能

讨论了自锚式斜拉-悬吊协作体系在主梁、辅助墩及主塔基础等不同约束方式下结构动力特性。通过分析得出该体系桥梁自振周期长,振型密集且振型间相互耦合;缆、塔、梁共同参与振动,提高了结构的扭转频率,结构的抗风稳定性较好;加劲梁受到主缆水平分力和斜拉索水平分力的共同作用,降低了结构的弯曲刚度,需加大截面尺寸;桥梁各阶振型频率随主梁弹性约束刚度的增加而增加,一阶纵飘频率受弹性约束刚度影响比较显著,其他振型频率影响较小;通过设置边跨辅助墩,可以提高协作体系的结构刚度,增加各阶振型的频率;主塔对结构动力特性的影响取决于基础对塔底的约束强度,当群桩基础足够强大时,其自振频率仅略小于沉井、沉箱基础。     

张弦立体桁架抗扭刚度对结构稳定性能的影响

以某实际张弦立体桁架结构为基础,通过在结构中布置不同数量的连系桁架形成4个计算模型.计算这4个模型在不同矢高、垂距、桁架高度、拉索截面及其预应力情况下的失稳模式,结果显示所有情况下结构失稳时立体桁架均发生明显的扭转变形.利用理论分析方法及有限元法研究立体桁架的抗扭刚度及其对结构稳定性的影响,发现张弦立体桁架结构的稳定承载力会随着立体桁架扭转刚度的增加而增加.当立体桁架上弦仅有横向支撑时,结构的扭转刚度主要取决于横撑的弯曲刚度,此时须保证横撑与主管刚性连接,否则立体桁架在扭矩作用下可能形成局部瞬变体系而丧失抗扭转能力.在横撑基础上附加斜向支撑是解决瞬变问题的有效方法,研究表明斜撑可以极大地提高结构的抗扭刚度,进而提升张弦立体桁架结构的整体稳定承载力.     

碳纤维斜拉索的动力参数特性分析

为探索碳纤维(CFRP carbon fiber reinforced polymer)索本身的动力学行为,寻求影响CFRP索自振频率的主要因素及影响量.采用悬链线索单元分析CFRP单索结构的自振频率与相应振型随单索的垂度及索结构参数的变化规律,在理论推导的基础上,通过具体算例将分析计算得到的结果与频率法测试索力的结果进行了对比。分析结果表明:CFRP斜拉索随着垂度的增大,一阶振型由单波正对称向反对称过渡;当斜拉索的垂跨比处在不同范围内时,CFRP索与钢索的自振频率差值也有所变化;因CFRP拉索垂度小,采用频率法计算索力产生的误差可以满足工程精度要求。因此,合理设置CFRP索身的垂度能有效地避免索身在外荷载作用下产生的一系列不利振动.     

Bending-Torsional Coupled Vibration Test of Large Power Gear Transmission System

In order to test the bending-torsional coupled vibration characteristics of the multi-shafts gear transmission system of large power vehicles, a torsional vibration exciter was used to apply torsional excitation on the gear transmission systems and thirty-two acceleration sensors were used to measure the tangential acceleration of each shaft. Torsional vibration signals and bending vibration signals of each measuring point were obtained by calculation of the four-point-response signal. The modal parameters of gear transmission systems including nature frequency, modal shape and modal damping ratio were obtained by identifying modal parameters of the torsional vibration signal and bending vibration signal. The characteristic of the bending vibration and torsional vibration of the gear systems were studied through the analysis of the nature frequency and modal shape. The nonlinearity characteristic of the gear transmission system was investigated through single frequency excitation test, which can be the foundation for further nonlinearity research.     

汽车后扭力梁结构的模态分析

为揭示某汽车后扭力梁在实际道路激励工况下容易出现振动疲劳的机制,需要对结构固有振动特性进行分析。为了得到后扭力梁结构更为准确的固有振动特性,对模态试验中的悬挂位置、激励位置和测点位置的布置方式进行重点分析,并结合结构的实际情况进行优化。采用优化后的最佳模态试验法识别后扭力梁结构在自由-自由工况下的模态参数,得到结构固有频率和振型特征。通过对比可知：后扭力梁结构前10阶自由模态频率吻合很好,误差控制在6%内。这表明采用优化后的模态试验方案能够更为准确地识别结构的模态频率,得到结构固有振动特性。     

考虑索支座振动的索力识别研究

为了提高索力测试精度,考虑索的抗弯刚度和支座振动建立物理模型,导出了索的位移函数,进而得到索力和频率之间的关系,并分析了索的支座振动对索力动力检测的影响。研究结果表明：当索力较小时,考虑支座振动进行索力识别所得结果明显大于不考虑支座振动时的索力识别结果,但随着索力的增大,这种差剐的趋势减小,不考虑支座振动将识剐出不可接受的误差。     

空间张弦结构抗震性能研究

为了了解空间张弦结构的动力特性及其抗震性能,首先对该结构和无下部索杆体系的单层网壳进行自振特性分析,然后通过时程分析讨论空间张弦结构在地震作用下的动力响应,并研究了撑杆数量、垂跨比、上弦梁刚度、预应力及拉索截面面积等参数对其动力性能的影响.分析结果表明下部索杆体系能增大空间张弦结构的刚度,空间张弦结构的低阶振型以竖向振动为主.撑杆数量、垂跨比及上弦梁截面的增加有利于增大结构刚度及提高结构抵抗整体变形的能力,但预应力和下弦拉索面积对空间张弦结构抗震性能的影响较小.     

双层环形可展开天线机构设计与力学分析

为解决超大口径可展开天线机构的轻量化、高刚度设计问题,提出一种由弹性铰链驱动的双层环形可展开天线机构.建立天线结构的静力学分析模型,得出结构中杆件与拉索的相互影响关系,推导出对角拉索预紧力的取值范围.基于建立的双层环形可展开天线结构动力学分析模型,对比分析前6阶振动频率及其相应的模态振型,与无拉索相比,通过对角斜拉索刚化可以将结构刚度提高1.2倍.分析结构参数对结构振动频率的影响规律,基于振动频率影响因素的灵敏度分析,得出增加双层环形可展开天线机构中的横杆截面面积和斜拉索的截面积,减小纵杆截面面积是提高双层天线结构振动频率的有效措施.     

Levy型劲性支撑穹顶结构连续倒塌分析

劲性支撑穹顶结构在遭受意外冲击时,可能发生连续倒塌,造成财产损失,甚至人员伤亡,因此分析其连续倒塌性能十分必要。依据Levy型劲性支撑穹顶结构的特点,给出了杆件阀值系数及其计算公式,提出了连续倒塌判别准则及倒塌类型。提出了基于响应差值的损伤系数,给出了杆件重要性系数。依据杆件重要性系数对Levy型劲性支撑穹顶结构的杆件重要性进行计算并排序。基于连续倒塌判别准则和杆件重要性分析结果,提出了连续倒塌分析方法和流程,分析了结构的连续倒塌性能,讨论矢跨比、初始预应力对连续倒塌性能的影响。给出了劲性支撑穹顶结构抗连续倒塌的方法。研究表明：Levy型劲性支撑穹顶结构的连续倒塌类型分为无倒塌、局部倒塌和整体倒塌。结构外环杆重要性系数最大,其次是内环杆。外环杆、内环杆和节点发生破坏,结构将发生连续倒塌,其它杆件破坏结构不会发生倒塌。矢跨比越小、初始预应力越大,杆件的重要性越小。可加强节点和环向杆件根数提高结构的抗连续倒塌能力。     

大型翻板闸门抗波浪振动的主动控制

以单跨为102 m的苏州河河口大型翻板闸门为例，探讨了在台风风浪作用下闸门扭转振动妨碍正常使用和影响结构安全性的问题.通过求解半解析解获得了部分入水翻板闸门在液固耦合下的扭转振动模态，并得出了该模态与上、下游水位的关系，结构模型试验验证了该解的合理性.建立了该结构扭转振动控制机理，根据港口工程常用的风浪谱，基于随机最优控制方法，仿真求解了结构控制前后的振动响应.结果表明，该模态控制方法及其控制点的设置能够大幅度降低扭转振动幅度，从而提高了结构的安全性能.当随机载荷的能量集中在某个模态附近时，该方法更易于实施.     

基于振动中心固定的静偶分离摆架研究

传统双面立式平衡机由于摆架结构关系,振动中心不固定,往往导致实际测量误差较大,静偶分离效果不佳。通过对传统双面立式平衡机振动模型的理论推导,建立了传统双面立式平衡机振动中心的位置公式,计算出簧板绕振动中心的扭转刚度。依据振动中心和扭转刚度的相关参数变化趋势图,分析出传统平衡机测量误差来源。以误差来源提出一种能够保持振动中心固定的静偶分离摆架结构,同样基于振动模型推导了振动中心位置公式,验证了振动中心的不变性;依据静偶分离摆架系统的扭转刚度公式,得到常量刚度值,实现了传感器的测量稳定。另一方面通过对不同结构参数下静偶分离摆架的模态分析,发现了摆架结构的独特分离性。即柔性铰链只传递摆动信号而平动簧板只传递平动信号,两者在功能上相互独立从根本上决定了摆架的静偶分离。同时模态分析结果与不同形状柔性铰链的静力分析结果为摆架结构的优化设计提供了参考依据。最后动平衡测量实验表明,静偶分离摆架有效的提高了对低速旋转载荷的静偶分离能力。     

基于ABAQUS的某车架结构的模态分析

利用Pro/E软件建立某车架结构的三维几何模型,并利用ABAQUS有限元分析软件分析了车架在自由状态下的模态,得到了车架的前六阶的模态振型和固有频率,并根据模态分析的评价原则,验证了该车一阶弯曲和扭转模态的固有频率的合理性.