基于人群-结构耦合作用甘肃省体育馆悬挂结构振动舒适度评估及控制

为研究大跨楼板结构在人行激励作用下的振动舒适度,以甘肃省体育馆悬挂结构为例,借助有限元软件ANSYS,在傅里叶荷载模型的基础上,将人体等效为具有刚度-质量-阻尼的单自由度体系生物力学模型,考虑定点加载、单人行走以及人群同步等工况下行人-结构的耦合振动前后结构的加速度响应。以峰值加速度为指标评估该悬挂结构的振动舒适度,并分别利用单自由度TMD和3-DOF TMD对结构的过量振动进行控制,对比了单自由度TMD与3-DOF TMD减振效果。结果表明:对大跨楼板结构进行人致振动控制时,3自由度TMD对大跨楼板结构具有很好的控制效果。     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

高耸结构TMD接触非线性阻尼振动控制研究

调谐质量阻尼器（TMD）能有效的控制高层建筑结构的风致振动,而TMD子结构往往会产生过大的冲程,且由于荷载不确定性决定其冲程也是不可准确确定的,故必须要进行限位设计。鉴于此,提出了大阻尼TMD系统、开关阻尼限位控制和离位阻尼限位控制三种不同的限位策略,拟对TMD的限位控制进行研究。以广州新中轴线电视塔结构为分析模型,结合TMD系统在运动过程中的8个工作状态,给出了在考虑开关阻尼限位控制和离位阻尼限位控制两种限位控制策略下系统的运动方程,考虑风荷载激励,进行了数值仿真。数值分析的结果表明：不同限位间距时,两种限位工况对系统位移、加速度响应的峰值和均方值控制效果规律不尽相同;对于开关限位控制,当限位距离为TMD最优行程的36%时,在损失约4%的控制效果的前提下,TMD行程的限制效果约为45%;当TMD行程相同时,与大阻尼TMD系统相比,其控制效果要高出8%;离位限位控制对结构加速度峰值有更好的控制效果。恰当的选择限位距离和限位阻尼系数,既能显著地降低风致振动下结构的舒适度,又能有效调节TMD的振动控制效果和减小TMD的行程。     

基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究

针对现有结构模型减振实验用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)难以实现TMD刚度与阻尼参数完全分离、阻尼参数试验过程中无法保持恒定且难以调整问题,研制微型永磁式电涡流阻尼TMD。其性能试验与分析结果表明,微型TMD采用电涡流阻尼装置既能确保刚度与阻尼参数的有效分离,亦能实现阻尼参数稳定、简单易调。通过某大跨度人行桥模型一阶横向振动模态自由振动减振实验识别获得结构模态阻尼比及强迫振动减振实验识别获得结构模态阻尼比、结构动力响应放大倍数、结构与TMD运动相位差等,证实微型永磁式电涡流阻尼TMD用于结构模型减振实验的可行性与有效性。     

大跨度双层曲线斜拉桥人致振动减振优化与实测验证

针对一座主跨200m的人车分离双层桥面曲线斜拉桥的人致振动问题,提出了应用连杆提高结构刚度、应用调谐质量阻尼器(TMD)增强阻尼的联合减振方案。研究表明:在人行桥主梁与车行桥主梁之间设置三对连杆可以显著提高结构的自振频率,使人行桥位于人致振动敏感频率内的模态数由8阶减少为5阶。该方案显著减小了减振装置成本,将采用纯TMD方案时的100t质量降低至40t。通过动力试验评估了联合减振方案的减振效果。结果表明:安装TMD后,人行桥横向加速度由150人时的0.2m/s2降低为400人时的0.06~0.08m/s2;侧向模态阻尼比提高6倍以上,竖弯模态阻尼比达到5%,没有观测到大幅振动现象。最后,探讨了内摩擦对水平和竖向TMD性能的影响。     

真实步伐荷载作用下人行桥振动及共振加速分析

人行振动荷载的准确模拟为精确计算人行桥人致振动响应的关键。为真实模拟单人行走过程对结构的作用,将考虑左、右脚空间交替前行的实测脚步步伐力作为人行振动荷载,提出真实步伐荷载作用下人行桥竖向振动响应计算方法,并通过一实际人行桥人致振动试验验证了该法的准确性;进一步将二阶超谐共振时简支人行桥跨中加速度峰值与各国规范、文献计算结果进行对比分析。计算结果表明,所提出的计算方法精度良好,可为人行桥振动舒适性评价提供精确人行振动荷载模型;由于人行振动荷载简化方法不同,根据不同规范、文献计算得到的二阶超谐共振时竖向加速度峰值相差较大,在人行桥设计中应予以关注。     

一种基于均方比值的人致结构振动加速度响应信号筛选方法

提出了一种基于人致楼板振动响应的加速度均方根值参数,该参数是结构振动响应信号均方根值和加权均方根值的比值,该参数能够快速判断采集到的人致楼板构振动信号数据是否异常。通过人致楼板振动响应均方根值的理论推导得到了该参数的具体表达式,同时通过建立施加不同工况的人群荷载有限元楼板模型,和不同工况人群作用下楼板振动现场试验,对该参数的性质进行了论证,该参数受人群荷载的参数影响小,与结构自身的基本性质相关性大,在处理大量数据信号时,可以通过该参数对数据进行快速筛选。     

基于概率性人行荷载模型的楼板结构振动分析

为评估实际楼板结构在可能承受的人行荷载作用下的振动性能, 运用动力测试和数值模拟相结合的方法对某实际楼板结构进行了动力特性及人行激励下的概率性响应分析。首先利用基于频响函数的冲击动力测试, 识别了楼板结构实际的模态参数。然后考虑各行人个体产生激励的差异性及随机的人行路径等因素, 构建了不同随机步态参数组合的单人及人群多分量荷载模型;基于动力测试所得的模态特性, 分别计算了在所构建的概率性荷载作用下的多模态响应;对得到的大量响应样本统计分析得到了单人及人群行走荷载下的响应分布以及某一振动水平发生的概率;结果表明人致振动响应服从近似的正态分布, 行人随机性的步态参数中步频对响应的分布起控制作用, 此外得到的响应分布特性可对实际楼板结构的人致振动进行概率性的评估。在人群荷载响应计算时, 对测得的人活动加速度响应进行自由衰减响应分析得到不同加速度水平时结构基本模态特性的变化, 结果表明频率随振动加速度幅值的变化相对较小, 而阻尼的变化相对较明显。该文研究可为类似工程的人致振动概率性评估提供参考。     

大型客车车身的阻尼减振降噪技术研究

本文基于边界元法对车室进行声场分析和车身板块贡献度分析,进而找出车内噪声声压峰值处所对应的振动频率及该峰值下的“噪声源”板块,围绕车身减振降噪这一目标和车身设计轻量化的要求,基于响应面法建立阻尼复合结构的声辐射特性、模态频率和损耗因子与结构参数关系的数值模型,并对相应约束条件下的最佳阻尼复合结构参数匹配进行优化设计,综合研究内容对车身结构阻尼处理后取得了较好减振降噪效果。     

混凝土泵车臂架振动响应的主动控制实验研究

考虑混凝土泵车臂架结构特点,采用独立模态空间控制方法对泵送混凝土激励下的臂架末臂节振动响应进行了主动控制试验研究。针对泵车臂架系统的动力学模型,采用模态滤波技术和最优控制理论设计主动控制策略,通过优选臂节油缸的作动控制以实现对臂架一阶模态振动响应的实时控制。实验结果表明,采用该主动减振控制后水平工况下臂架末端的减振精度可达80%,取得了显著的减振实验效果     

多人-桥竖向动力相互作用研究

基于弹簧-质量-阻尼行人动力模型及欧拉梁人行桥模型建立人行桥-多人耦合系统相互作用模型。通过实验室一低频型钢混凝土人行桥模型开展多人行走试验,验证了相互作用模型的有效性和适用性。采用状态空间法求解行人过桥时系统的瞬时模态,分析了不同人群密度下人群随机行走对人行桥动力特性的影响。对人群随机行走,还分析了不同人群密度和随机步态参数(步频、上桥时距和起步相位)对结构动力响应的影响。结果表明:考虑人群-人行桥相互作用,随着桥上行人密度的增大,人行桥基频略有降低,阻尼比显著增大;结构响应并不是逐渐递增的,其中考虑步频的随机性对响应均值的影响最大。     

基于HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法

根据高拱坝泄流结构自身的工作特点,为准确辨识环境激励下的结构模态参数特征,提出了一种基于改进的HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法。以某高拱坝原型振动响应测试资料为基础,利用改进的小波阈值-EMD算法对原始信号进行降噪预处理,滤除干扰噪声的同时保留有效特征信息;采用HHT-RDT算法识别高拱坝泄流结构的工作模态参数,运用带通滤波对振动响应信号的EMD过程进行控制得到结构的各阶模态分量,利用RDT法提取各阶模态分量的自由衰减信息,识别出高拱坝泄流结构系统的固有频率及阻尼比。工程实例表明,该方法避免了复杂系统定阶过程,有效提高结构振动响应工作模态识别精度,为辨识高拱坝泄流结构的工作模态参数提供捷径。     

斜拉索杠杆质量减振器的减振分析

提出一种新型的斜拉索减振器——杠杆质量减振器,对其构造、减振原理等进行了分析。采用非线性有限元法,通过计算LMD-斜拉索系统的复特征值来求解系统的阻尼特性。与油阻尼器相比,除首阶模态,系统的各阶模态阻尼比都有提高,表明其具有更好的减振效果。     

抗弯刚度对输电线微风振动影响分析

大跨越输电线路在较低的风速下可能产生高频、低振幅的横风向微风振动。应用空间曲梁插值函数与应变位移关系,建立结点6 自由度的输电线分析模型。采用Scanlan 提出的经验非线性模型表达涡激力,将单自由度体系输电线自阻尼功率等效为模态自阻尼系数,引入条带假设形成了基于更新的Lagrange格式的涡激振动运动方程,对方程进行了振型分解求解。算例分析表明,采用未考虑抗弯刚度的曲梁索单元模拟输电线的微风振动与三节点索单元吻合较好,但忽略抗弯刚度会低估高频的微风振动振幅。     

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．     

非规则高墩曲线桥梁振动台试验研究

据模型相似原理及多点激励理论,对缩尺比1:20的钢筋混凝土高墩曲线桥梁进行地震模拟振动台试验。研究高墩曲线桥梁结构在不同频谱地震波、不同峰值加速度及局部场地效应作用下高柔桥墩损伤模式及结构动力响应规律。结果表明,高柔桥墩损伤有明显的分布柔性特点,墩高差对桥墩裂缝开展及桥梁动力响应影响显著;不同频谱地震波作用下曲线桥梁结构动力响应规律各异;曲线桥梁结构动力响应峰值与地震波加速度峰值基本呈线性增长;局部地形效应使结构动力响应增大,导致曲线桥梁结构动力响应呈非线性增长;高墩曲线桥梁地震响应有明显空间性,首尾桥墩顶径向动力响应较大,易发生横桥向落梁破坏。     

船用高速发电机基波磁场下机座电磁振动

以船用高速同步发电机为对象进行电磁振动特性分析。用有限元法计算空载下电机基波气隙磁场引起的径向电磁力波在机座机脚处垂向振动加速度。通过对不同机座安装方式、材料刚度及结构阻尼的振动仿真对比,分析影响振动加速度主因及有限元模型简化处理对计算结果影响。用三维谐波场及瞬态场有限元法计算机脚振动加速度,用电动机运行法测试发电机空载下机座机脚振动加速度。结果表明,仿真与试验结果基本一致,机座及机脚振动受机座安装方式影响较大,定子振幅受材料弹性模量响应较大,在弹性安装/自由状态下机座形变分布主要受结构阻尼影响。该结果可为船用高速电机减振降噪设计、研究提供依据及参考。     

人群简化模型与人行桥TMD参数设计研究

用两段连续弹性杆模拟静立人体,建立人群-人行桥-调谐质量阻尼器(TMD)振动系统。将静立人群简化建模为单个的广义人体,研究广义人体-人行桥-调谐质量阻尼器振动系统的动力特性及TMD参数设计。运用最小二乘原理确定广义人体的相关参数,通过与已有的实验数据对比,验证了将静立人群简化为广义人体模型的正确性。以均方根加速度作为人体舒适度的优化准则,分析了人行桥TMD的最优频率比和最优阻尼比。