负刚度非线性黏滞阻尼器对斜拉索振动控制研究

为提升传统被动线性黏滞阻尼器（LVD）对斜拉索的减振效果,本文融合被动负刚度控制技术和非线性黏滞阻尼特征,开展了负刚度非线性黏滞阻尼器（NSNVD）对斜拉索减振增效的研究。基于能量等效线性化方法获得了 NSNVD 的线性等效力学模型;采用复模态分析获得了斜拉索张紧弦模型的附加模态阻尼比的近似解和迭代解,并分别与考虑或忽略斜拉索垂度和抗弯刚度的数值仿真解进行对比,验证了能量等效线性化方法对 NSNVD 斜拉索减振系统的适用性;基于考虑斜拉索垂度和抗弯刚度的仿真解分别开展了 NSNVD 对斜拉索单模态减振效果参数分析和多模态减振效果优化研究,获得了 NSNVD 负刚度系数和黏滞阻尼指数对斜拉索单模态和多模态减振效果的影响规律。研究结果表明：NSNVD 的被动负刚度效应显著提升了斜拉索单模态减振效果,负刚度效应和非线性黏滞阻尼特征均有助于提升斜拉索多模态减振效果;与非线性黏滞阻尼器（NVD）和负刚度线性黏滞阻尼器（NSLVD）相比,NSNVD 对斜拉索具有更好的减振效果。     

拉索-弹簧系统的振动特性研究

将拉索简化为一根张紧弦,并将辅助索对拉索的刚度贡献简化为一根弹簧所提供的刚度,基于拉索-弹簧系统的动力学方程,采用分离变量法得到了拉索-弹簧系统的特征方程.研究了当弹簧刚度取极限值时特征值(振动频率)的极限解,由此确定了特征值的存在范围.当弹簧靠近锚固端时,由一阶泰勒展开得到了特征值的迭代解和近似解.分析了弹簧刚度和安装位置对拉索振动频率的影响,研究了针对提高低阶模态振动频率时弹簧的优化设置位置.研究结果为进一步研究辅助索减振设计问题提供基础理论依据,对辅助索减振设计也有一定的参考价值.     

考虑弯曲刚度的拉索面内固有振动的理论计算公式

为得到同时考虑弯曲刚度和垂度影响的拉索面内模态的理论公式,首先推导出在整体割线坐标系下考虑弯曲刚度和垂度效应斜索的运动方程式,然后基于扁平索假定和Irvine的拉索初始形状方程推导了扁平斜索的固有频率和振型的理论计算公式。通过与有限差分法得到的精确解的对比表明,考虑弯曲刚度的拉索面内固有振动的理论计算公式能较准确地计算出水平索和斜索的面内固有振动频率和振型。     

一类浅垂度倾斜双梁系统动力特性研究

基于动刚度理论建立了倾斜双梁单元的动力平衡方程,给出了同时考虑双梁抗弯刚度差异、倾角、固定边界条件以及垂度等因素的系统横向动刚度阵的近似闭合解。以该闭合解为基础,分析了双梁系统横向动刚度阵的特征函数及动刚度系数在空间和频域上的分布规律。通过数值案例分析,研究了双梁系统的振动特性,进而建议了一种双梁系统模态频率贡献问题的快速判断方法。研究表明,在给定频率区间内,双梁系统的模态频率将同时受到每个单梁的影响,可以通过双梁横向动刚度阵的特征函数及动刚度系数在频域的分布规律进一步判断单梁对系统各阶频率的贡献程度。     

扫描信号激振下振动器-大地耦合动刚度和动阻尼研究

准确描述在扫描信号激振下振动器与大地之间的相互作用是研究可控震源激振规律的关键。根据弹性半空间理论,建立了振动器-大地耦合振动模型,提出了振动器-大地耦合动刚度和动阻尼的数学描述,进行了耦合模型的试验验证,研究了耦合参数对动刚度和动阻尼的影响规律。结果表明,影响动刚度和动阻尼的耦合参数包括扫描频率、大地弹性模量、土壤密度和平板底面积;平板和地面之间的相互作用随着扫描频率的提高而减弱;弹性模量较大、密度较小的土壤与平板之间的相互作用较强,更有利于振动出力,而加大平板底面积对增大动刚度的作用随着扫描频率的提高而减弱。采用可控震源进行勘探作业时,应考虑扫描频率、土壤性质、平板底面积对动刚度和动阻尼的影响,以获得期望的地震激发信号。     

拉索-双弹簧系统的自由振动特性分析

辅助索减振措施是常见的拉索减振方法之一,但拉索-辅助索的减振机理尚不清楚,优化设计方法尚未建立。该文将辅助索对拉索的刚度贡献简化为弹簧对拉索的支撑作用,进行了附加两根弹簧的拉索自由振动特性分析。由位移的连续条件和力的平衡条件建立了拉索-双弹簧系统的频率方程;由一阶泰勒展开得到了当弹簧安装位置靠近拉索锚固端时频率方程的近似解。以弹簧刚度为零时对应的拉索自由振动频率和弹簧刚度趋向于极限时拉索振动频率极限值为基础,讨论分析了不同安装位置和不同弹簧刚度下拉索低阶振动模态的特点,得到了其振动模态分布随弹簧安装位置和刚度变化的内在规律;研究结果可供辅助索减振优化设计参考。     

基于增量谐波平衡法的含索铰可折展桁架非线性动力学特性

为了揭示含索铰可折展桁架的非线性动力学行为,建立了考虑铰链间隙、刚度和阻尼及索非线性特性的可折展桁架纯弯曲动力学模型。对非线性动力学方程进行一次泰勒展开和参量的多次谐波描述,实现了非线性动力学方程到代数方程的转化,通过迭代进行非线性动力学系统的响应计算。并利用龙格库塔方法对非线性系统进行数值分析,与增量谐波平衡(IHB)法进行对比,验证了IHB法计算的正确性。以激振频率为变化参数,对悬臂支撑的含索铰桁架结构进行解的稳定性分析,得到铰链间隙、铰链刚度、激振力和索对结构响应稳定性的影响。基于IHB法可快速准确的进行多自由度可折展结构动力学求解,为研究大型折展桁架的动力学行为奠定了基础。     

黏滞阻尼器联合负刚度对斜拉索减振控制的增效研究EI北大核心CSCD

阻尼器的负刚度特性有助于提升其对斜拉索的减振效果,为探究负刚度装置(NS)对黏滞阻尼器(VD)应用于斜拉索减振控制的增效作用,开展了VD联合NS对斜拉索减振控制的增效研究。采用复模态分析方法获得了斜拉索-VD-NS耦合系统的特征方程,并进一步推导了斜拉索附加模态阻尼比的近似解;分析了NS的负刚度系数和安装高度对斜拉索模态阻尼比和振动频率的影响;基于输出反馈的LQR控制,获得了给定负刚度系数时VD对斜拉索多阶模态减振控制的最优参数,进而研究了负刚度系数和NS安装高度对斜拉索多阶模态振动控制的增效作用。研究结果表明:增加NS的负刚度系数或安装高度均有助于提升VD对斜拉索单阶模态和多阶模态减振效果,同时减小了VD的最优阻尼系数;NS对VD减振性能的提升归功于负刚度系数或NS安装高度的增大对VD位移幅值的放大效应,提升了VD的耗能能力。     

转子的多自由度支承系统动刚度研究

本文研究多自由度支承系统动刚度的计算方法,并用于计算轴系临界转速。由两个自由度支承系统出发,导出求解动刚度曲线的正则化滤波方法,以获得近似最优解,推广至多自由度系统获得解析形式的三次样条和经验解,实例证明了计算方法是正确和有效的.     

无背索斜拉桥稳定分析的能量法

无背索斜拉桥在理想的成桥状态下,面内失稳模态为主梁屈曲。将主梁简化成弹性地基梁计算模型,选用正弦级数作位移函数,运用能量方法,提出了主梁屈曲临界荷载的计算公式。结合该类桥梁的结构布置特点,用简洁的连续函数描述主梁轴压力和拉索弹性支承刚度的变化,同时用简单的线形折减系数反映斜塔变形对拉索弹性支承刚度的影响。最后以长沙市洪山大桥为例,用该方法计算了其成桥状态屈曲临界荷载,其结果与有限元解对比具有很好的精度。     

张弦梁挑蓬结构的试验研究

将张弦梁原理运用到悬臂结构,进而构造出一种环状悬臂张弦梁挑蓬结构．继理论分析之后,为了验证这种结构的受力性能,通过静力试验重点分析模型在全跨和半跨荷载下的承载规律,之后从模态试验分析中,进一步了解结构的刚度和动力特性．试验结果表明：(1)结构受力合理,抵抗非对称荷载能力较强,有很好的整体稳定性;(2)与柔性悬索结构相比,结构第1阶自振频率较高,有较好的刚度;(3)设计时给定了拉索的位置,该种结构的施工相对于索穹顶、环状索一桁张力挑蓬要容易．     

On the model building for transmission line cables: a Bayesian approach

This work is aimed at building models to predict the bending vibrations of stranded cables used in high-voltage transmission lines. The present approach encompasses model calibration, validation and selection based on a statistical framework. Model calibration is tackled using a Bayesian framework and the Delayed Rejection Adaptive Metropolis (DRAM) sampling algorithm is employed to explore the posterior probability of the unknown model parameters. Two model classes are proposed to predict the bending vibrations of a typical high-voltage stranded cable. Both model classes account for the aerodynamic damping with the surrounding medium and the bending stiffness of the cable. The difference between the two relies on the damping model chosen to quantify the energy dissipation due to friction among the constituent wires of the cable. Model ranking is rigorously quantified by means of a Bayesian model class selection approach, in which both the data-fitting capability and complexity of each model class are simultaneously taken into account. Experimental tests are performed on a laboratory span with a typical high-voltage stranded cable. The measured frequency response functions are the observable quantities employed in the Bayesian model updating for the two model classes proposed. Both model classes provide comparable and accurate predictions for the cable’s frequency response functions within the range [5, 25] Hz, with the fractional derivative-based model class providing the most accurate predictions. Nonetheless, both model classes failed to accurately reproduce the measured cable’s dynamic response within the frequency range [25, 30] Hz.     

边缘构件刚度对索网结构风振响应的影响分析

本文根据索网结构中索系和边缘支承结构共同工作且相互影响的特点，运用随机振动理论，考虑风的三维相干性，讨论了脉动风作用下，边缘构件刚度对索网结构的自振频率和风振响应的影响规律。分析表明，临界刚度比是索网结构动力响应计算的一个关键参数。     

强震作用下独塔斜拉桥拉索松弛现象研究

为考虑地震作用下斜拉桥拉索的垂度效应,常规方法是将拉索模拟为弹性单元,根据恒载索力修正单元材料的弹性模量;但该方法忽略了索力变化对拉索轴向刚度的影响,也未考虑强震中可能出现的拉索松弛现象。该文先给出了三种不同的拉索应力-应变方程,然后以一座独塔斜拉桥为背景,通过赋予拉索不同的应力-应变关系建立了三个非线性有限元模型,研究了强震作用下拉索的地震响应和拉索松弛现象。结果表明:在近场地震作用下,拉索索力变化幅度较大,部分拉索有可能出现松弛现象;拉索松弛后,出现松弛的拉索最小索力不再减小,最大索力继续增加;对于整个结构而言,拉索松弛只是局部响应的变化,对梁体位移和塔柱受力等地震响应的影响有限;但地震中不考虑索力变化对拉索轴向刚度的影响可能低估结构的地震响应,最大偏差可达到20%。     

拉索-阻尼器-弹簧系统的阻尼特性分析

该文研究得到了拉索-阻尼器-弹簧系统的复特征频率方程。在阻尼器和弹簧安装点距拉索锚固点长度与拉索长度之比远远小于1的假设条件下,得到了拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比的近似解析解,该近似解析解与数值计算得到的精确解对比吻合良好。当弹簧和阻尼器处于同一侧时将会减小拉索所能获得的最大模态阻尼值,而当阻尼器与弹簧在拉索两端时弹簧对阻尼的影响几乎可以忽略。当阻尼器仍处于拉索锚固点附近而弹簧位置向中间移动时由阻尼器引起的频率变化量仍是小量的条件下,得到了结合数值频率解的拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比近似解析式。此时拉索所能获得最大模态阻尼比、对应的最优阻尼系数、无量纲频率与弹簧位置、刚度之间存在明确的变化关系。该文研究成果对于拉索端部同时附加橡胶减振器和阻尼器、附加阻尼器的索网结构减振设计具有重要的参考价值。     

斜拉桥拉索模态耦合非线性共振响应特性

考虑拉索垂度及几何非线性的影响,导出了斜拉索的面内外耦合非线性振动方程。通过Galerkin方法,将偏微分方程化为常微分方程,用多尺度法对耦合方程求解,得出了面内外一阶模态耦合振动特性。对典型斜拉桥拉索进行了计算,结果表明:拉索可能产生1:1内共振,共振频率区间及振动幅值与索的垂度大小有关;索内阻尼对共振特性也有较大的影响;由于非线性的影响,响应幅值与初始条件有关。     

索杆式伸展臂的结构设计与分析

 对国内外伸展臂的研究现状进行了总结，说明了索杆式伸展臂具有的高精度、高刚性、高收纳率的特点．结合一种索杆式伸展臂的模型制作，介绍了该类伸展臂的技术要求，其中包括：高收纳率、高刚性、展开的高可靠性、轻质量、高重复展开精度以及满足空间环境要求等．同时，总结了伸展臂展开与收纳机理和设计方法．最后，对伸展臂展开后的结构进行了动力分析，包括模态、频率响应和冲击响应分析．动力学分析的结果可以作为伸展臂实际应用时的参考．     

基于分布参数模型的复合自复位结构参数分析

该文提出一种复合自复位结构,该结构在体系层次上由主、次两个子体系组成。主体系承担结构基本的使用功能,可以简化为剪切梁;次体系承担控制结构损伤模式、耗能和自复位的功能,可以简化为底部带有弹性转动约束的弯曲梁;二者组成复合自复位结构的剪弯梁分布参数模型。求解微分方程得到体系振型方程的闭合解。将剪弯刚度比和弯曲梁与底部弹性转动约束刚度比作为参数,分析了二者对体系的特征值、振型、振型参与系数和振型转角的影响,从动力学的角度解释了体系控制损伤模式的机理。利用该分布参数模型,可以合理地选择两种刚度比参数,使体系的层间位移分布均匀。结合振型叠加法计算结构响应,该模型可以为体系的初步设计和方案选择提供一定的参考。