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。     

螺旋线对斜拉桥斜拉索横风向气动力和稳定性的影响

在斜拉索表面缠绕螺旋线能有效抑制斜拉索风雨激振现象,但却改变了斜拉索的气动外形。为了研究不同螺旋线参数对斜拉索气动稳定性的影响,该试验通过自行设计的斜拉索测振试验系统,在风洞中对直径为120 mm的斜拉索模型和25种螺旋线斜拉索模型进行了刚性模型测振试验。分析了各工况下斜拉索平衡位置和平均升力系数随雷诺数的变化规律。结果表明:在相同螺旋线直径下,螺旋线缠绕间距越小,斜拉索模型的升力越小、平衡位置偏移量越小;在相同缠绕间距下,螺旋线直径越大,斜拉索模型的平均升力越小、平衡位置改变量越小;当缠绕间距越小或螺旋线直径越大,改变另一个参数对平衡位置偏移量产生的影响越小;当螺旋线缠绕间距越大,平衡位置稳定性越差。     

梯形螺旋线对斜拉索上水线的影响及其减振效果研究

在滑移理论的基础上,通过COMSOL软件建立带有双螺旋线的斜拉索圆柱绕流模型,得到斜拉索的风压力系数和风摩擦系数。忽略斜拉索在横风向上的振动,通过改变风向得到在不同截面下带有双螺旋线的斜拉索受到的气动力,进而求得斜拉索的振动时程曲线及其频谱分析结果。结果显示,双螺旋线的存在抑制了水线在斜拉索表面的振荡,使得斜拉索在横风向受到的拉索气动力变化范围逐渐缩小,气动力的振荡频率远大于斜拉索的自振频率,降低了水线与斜拉索产生共振的可能性,从而抑制了斜拉索的风雨激振现象。     

索-梁组合结构中拉索的非线性响应

研究由桥面振动引起的斜拉索参数共振和亚谐波共振问题。首先,建立索-梁组合结构力学模型,推导了考虑拉索初始垂度的索-梁组合结构非线性动力学方程。然后利用多尺度方法研究斜拉索的参数共振和亚谐波共振,并对稳态解的稳定性进行了分析。最后对斜拉索参数共振和亚谐波共振进行数值模拟,得到不同阻尼及不同初始条件下的拉索时间历程曲线。数值模拟结果表明斜拉索振幅与阻尼有关,但不受拉索初始条件影响。     

带有纵向肋条斜拉索的风雨激振减振机理研究

基于滑移理论,推导耦合的水膜运动方程和斜拉索运动方程,得到了可用于分析任意横断面外形斜拉索的风雨激振理论模型;并建立带有两个纵向肋条的斜拉索外形,通过对方程组进行求解分析水膜形态、斜拉索升力及斜拉索振动响应之间的相互联系,探究其减振机理。结果表明:带有两个肋条的斜拉索虽不能抑制上水线的形成,但与圆形横断面斜拉索的相比,使上水线厚度变薄,并且阻碍水线沿斜拉索表面的周期性滑落,扰乱其与斜拉索振动的频率相关性,使得斜拉索升力周期性特性减弱,从而抑制斜拉索在横风向的大幅度振动,阻碍风雨激振现象的产生。     

螺旋线参数对斜拉索风雨振抑振效果的试验研究

螺旋线是常用的抑制斜拉索风雨振的措施。为了研究优化的螺旋线参数,通过风洞试验的方法,针对直径分别为90 mm、110 mm、155 mm、160 mm的斜拉索模型,分别缠绕0.7 mm~3.0 mm直径的单螺旋线或双螺旋线,考察了螺旋线直径、缠绕方式、缠绕的间距等参数对不同直径斜拉索风雨振的抑振效果,发现在斜拉索直径不变的情况下,对于同一螺旋线间距,螺旋线直径越大抑振效果越明显;对于同一螺旋线直径,螺旋线间距越小抑振效果越明显;对于同一螺旋线直径和相同的缠绕方式,斜拉索直径越大,抑振需要的螺旋线间距越小。针对不同直径的斜拉索,为了达到抑振效果,提供了所需要的螺旋线参数组合,为实际工程设计提供了参考。在实际工程中,需要针对斜拉索直径、表面真实状态以及斜拉索生产和安装等各种因素综合考虑各参数组合。     

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。     

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。     

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。     

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.     

哈尔滨四方台斜拉桥模态参数和索力识别

桥梁的模态参数是修正有限元模型、识别损伤及桥梁状态评估的重要参数。动力测试是获得模态参数的必要途径。建立了哈尔滨四方台大桥的有限元模型;利用8个力平衡加速度传感器采用分组测试的方式测试了桥面加速度,利用压电传感器测试了斜拉索的加速度;联合NExT法和ERA法进行了斜拉桥模态参数识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析;采用拉索基频的频差拟合识别法进行频率及索力识别,并进行了实测索力与设计索力的对比分析     

Parametric estimation study of interstrand conductance in multi-strand superconducting cables

Interstrand conductance is a key parameter to understand the current distribution and stability events in multi-strand superconducting cables. In this paper, a new approach employing the parameter estimation method from system identification theory is applied to estimate the interstrand conductance from existing current distribution model based on experimental data of voltage differences at cable ends. Based on transient voltage measurements at cable ends this method estimates interstrand conductance conveniently and accurately under different conditions (temperature, cable length, cable compaction, etc.). The details of interstrand conductance between all combinations of sub-cables at different cabling stages were obtained. The influence of mechanical load on interstrand conductance was also studied. The experimental data sheds new light on how the mechanics of cable compaction and movement under simulated Lorentz load affects the electrical parameters, namely the interstrand conductance. The data are useful input for cable stability simulations and AC loss estimation, and the experimental method can be used to better characterize cables prior to magnet winding.     

索的动刚度与模态参数识别

索的动刚度描述动态过程索的荷载与变形的关系,是索本身固有特性的描述。从考虑垂度影响的索的动刚度解析解出发,提出了适用索模态参数是不相应的简化解。试验得到了索的频响函数,采用最小二乘拟合的方法,应用推导的索动刚度简化解,识别出了索的各阶频率和阻尼比。     

拉索-阻尼器体系振动索力测量法研究

拉索索力的精确测量是索类结构健康监测的一个重要内容。由于阻尼器的存在,已有的不考虑阻尼器的索力识别方法在测量拉索-阻尼器体系索力时精度将受到影响。利用Steffensen不动点迭代法对的拉索阻尼器系统的频率超越方程进行求解,进而给出了一种新的考虑阻尼器因素的索力识别方法,并给出了该方法和其他三种方法在识别拉索阻尼器系统索力时的相对误差表达式。通过数值仿真,研究了拉索参数和阻尼器参数对各方法的影响,比较了各方法的相对误差范围。研究表明,基于频率超越方程数值解法的索力识别方法是进行拉索-阻尼器系统索力识别时的最佳选择。     

金属橡胶非线性动力学特性建模方法研究

通过对几种工程实用的金属橡胶非线性动力学模型的分析,给出了迹法模型和有记忆型模型的具体推导,并给出具体的参数分离识别方法。采用上述数学模型对金属橡胶减振元件的实验数据进行参数识别,并重构了其位移恢复力迟滞曲线,深入分析金属橡胶材料各动力学数学模型中的内在减振机理。对比分析结果表明：各种数学模型及识别方法均能对金属橡胶材料迟滞特性进行比较满意的建模。从工程实用和满足精度要求的角度出发,混合阻尼模型数学形式较为简单可靠,是金属橡胶动力学模型的工程实用首选,上述模型将为金属橡胶新型减振材料更好地在实际工程中广泛应用提供参考。     

贮仓结构参数的频域识别

本文提出了一种贮仓结构参数的频域识别方法。本文在建立贮仓结构多质点体系计算模式的基础上,运用最小二乘识别理论,基于分析结果与试验结果的差别,迭代修正贮仓多质点体系中的参数,建立了贮仓结构参数的频域识别方法;并且,进行了贮仓结构的模态试验,实施了贮仓结构参数频域识别的全过程。计算结果表明,所建立的方法可产生良好的参数估计。     

结构物理参数识别的多尺度参数卡尔曼滤波方法

经过正交小波变换后,低尺度上测量信号的信噪比提高。应用小波变换将结构的激励信号和响应信号分解到不同尺度上,得到不同尺度上结构的状态方程和测量方程,结合动力学系统辨识的参数卡尔曼滤波方法,提出了结构物理参数的多尺度参数卡尔曼滤波辨识方法。理论分析和数值算例表明:在多尺度上对结构参数进行辨识比在单一尺度上辨识能获得更高的精度。     

《AR与Prony法的时变系统模态参数识别》

本文研究基于AR和Prony法的线性时变振动系统的模态参数识别。在经典Prony法的基础上,提出了可以处理非平稳信号的时变Prony法。采用递推最小二乘算法估计模型参数,并讨论了基函数的选择,其中以时间多项式基、离散长球面基以及离散余弦基下所识别的效果较好。为验证本文方法的有效性,进行了数字仿真和附加质量随时间连续变化的悬臂梁的模态分析试验,试验结果和理论结果比较表明了本文提出的线性时变系统的模态参数识别方法有效、可行。     

线缆分析仪远端衰减串音比参数的校准方法研究

远端衰减串音比是数字平衡线缆的主要参数,也是线缆分析仪的必备测试项目。提出一种针对线缆分析仪远端衰减串音比的校准方法,通过网络分析仪和阻抗转换器分别测量参考线缆的插入损耗和远端串扰,进而得到远端衰减串音比的数值结果。而线缆分析仪远端衰减串音比参数的校准即是通过直接对比同一参考线缆的网络分析仪与待测线缆分析仪的测试结果实现。该方案与Psiber的Wirexpert型线缆分析仪的测试结果对比进一步验证了可行性,并给出扩展不确定度。     

斜拉桥结构损伤定位的组合敏感指标法

研究斜拉桥结构在斜拉索和主梁组合损伤条件下的损伤定位问题。根据斜拉桥的受力特点，将其看作由斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构，对于斜拉索和主梁分别选取相应的损伤敏感指标，首次提出了斜拉索损伤定位的斜拉索索力指标，在此基础上提出了斜拉桥损伤定位的组合敏感指标法。为了降低测试数据噪声对损伤定位的影响，引入蒙特卡罗法提高方法的准确性和鲁棒性。对一斜拉桥结构进行了损伤识别的数值模拟分析，研究表明该方法仅需不完备的低阶振型模态和索力测试数据，即可实现斜拉索和主梁组合损伤的准确定位。