深海系泊系统模态分析

该文考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性刚度矩阵,实现了该文单元与有限元软件的调用对接。针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了系泊系统固有频率和模态以及系泊缆群的张力响应。计算结果表明:该文单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的动力响应特性。     

考虑拉力修正抗弯刚度的缆索频率计算

拉索的抗弯刚度在其频率特性计算中具有重要影响。目前相关研究都认为缆索抗弯刚度在不同条件下都是定值,但最近的试验与理论研究发现,缆索抗弯刚度是一个与缆索拉力相关的参数。因此,频率计算中的抗弯刚度取值,也应根据缆索拉力进行修正。该文提出了考虑拉力影响的修正抗弯刚度的非线性模型,进而推导频率计算公式,算例结果表明要获得更精确的频率结果必须采用拉力修正的抗弯刚度,特别是对于短索。     

悬索桥主缆变形及重力刚度新算法

为分析悬索桥主缆在活载下的变形,必须考虑在初始恒载下主缆所获得的重力刚度。利用缆索线形与简支梁弯矩图之间的比拟关系,并通过活载在竖向变位上所作的外力功等于缆索重力势能的改变这一功能原理,推导了主缆在活载下的竖向变形和内力的计算公式,以及重力刚度的解析表达式。最后通过算例分析,表明该文公式较现有其它公式具有更好的计算精度。     

浅谈土缆机缆索系统设计

本文着重介绍了运用抛物线理论公式进行缆索系统设计,研究架设承载索空缆初始安装垂度和张力,以及受集中载荷承载索的受力分析。根据其理论设计计算主要流程步骤,用经典解析法计算出缆索起重机缆索系统的选型,对以后的土缆机设计与施工具有很好的借鉴价值。     

低扭转刚度悬索桥扭转发散特征及抗风对策

柔性悬索桥容易出现气动失稳现象。悬索桥的静风失稳特性已经被国内外较广泛地研究过，这类结构的静风失稳表现为加劲梁突然增大的、沿桥跨方向对称分布的扭转变形。伴随该类扭转发散的另一现象是主缆卸载至空缆悬挂状态。当加劲梁扭转刚度极低时，中小跨度人马吊桥扭转发散形式与传统公路悬索桥扭转发散形式有实质性的不同，表现为非对称分布的单拐点或多拐点扭转锁定，扭转锁定后两主缆张力并不卸载反而出现急剧张紧的现象。采用数值方法研究了抗风措施，结果表明增加主梁扭转刚度不仅能实质性地提高扭转发散临界风速，而且可以将发散形式从反对称扭转锁定转变为传统的对称扭转模式。对反拉抗风缆截面积、张力、安装角度以及矢跨比的抗风效果进行了参数化的分析，结果表明反拉抗风缆的最佳安装角度在15°~45°，其抗风效果随着截面积、张力以及矢高的增加而增加。综合材料用量与抗风效果等因素，建议抗风缆面积为主缆面积1/3，反拉张力为恒载效应的1/4，地形允许的情况下尽量增加矢跨比。     

面向索网结构关键刚度监测的目标模态测试策略

各种因素引起的预张力偏差将导致既有索网结构的刚度退化.通过测试少量的目标模态可以监测到索网结构关键刚度的变化;由于预张力偏差的随机性,最初根据索网理想(数值)结构模型确定的目标模态会在其所处的密频区内发生模态跃迁、局部化等变化;如仅依据这些理想的目标模态进行动力测试,将会降低对实际结构关键刚度偏差的监测精度;利用矩阵摄...     

应用BP神经网络修正有限元模型中的刚度矩阵

在有限元素法中，用理论分析建立的有限元模型很难完全与实际相符，这便带来了如何寻找有限元模型的误差源和怎样对它进行修正的问题。用静力试验修正刚度矩阵，再以修正后的刚度矩阵为基准修正其它矩阵是方法之一。目前存在的问题是该方法的修正结果对静位移中各元素相对误差的不一致具有高度敏感性。本文应用神经网络修正有限元模型中的刚度矩阵，既消除了上述敏感性，同时具有可修正性。     

一系螺旋弹簧动刚度对车辆-轨道耦合振动影响分析

建立准确表征一系悬挂轴箱螺旋弹簧波动特性的力学模型,运用动刚度矩阵法求解,研究其对悬挂系统隔振性能影响。结合基于格林函数法的车辆-轨道耦合动力学模型,引入弹簧刚度频变特性,对比分析考虑一系螺旋弹簧频变刚度前后车辆动力学性能之间的差异。结果表明,动刚度矩阵法可以精确求解螺旋弹簧随频率变化的动刚度特性,在一阶模态振动频率后弹簧刚度值呈现103等级的剧烈变化,该结果与有限元模型结果一致;一系螺旋弹簧的动态频率特性导致轮轨激励由车轮至构架的振动位移传递率提高到接近于1,而对车体的振动传递率提高到了10-3左右;在整车车辆-轨道动力学计算中,其对轮轨振动影响较小,但车体与构架出现了较高的高频振动能量峰值。包含一系悬挂动刚度的车辆模型更接近实际,为了降低车辆振动,应尽量提高一系螺旋弹簧自振频率并降低动刚度变化幅值。       

考虑节点刚度的网壳杆件切线刚度矩阵

本文采用Timoshenko梁柱理论,推导出网壳杆件的切线刚度矩阵。该矩阵不仅考虑了两个主轴方向弯曲的耦合作用。而且考虑了节点刚度以及节点体大小的影响,对于位移的高阶项没有任何省略,其精度比C．Oran的切线刚度矩阵有很大程度的提高。通过对一单层网壳结构的算例分析,证明了该分析模型的正确性。     

风-列车-大跨度悬索桥系统非线性耦合振动分析

考虑大跨度悬索桥结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁耦合系统动力分析模型。为了考虑结构大位移非线性因素的影响,在有限元建模时考虑悬索桥主缆自重垂度及缆索初始内力的作用,在动力平衡微分方程中增加了几何刚度矩阵,通过自编计算程序,研究了列车与风荷载同时作用下主跨1120 m的五峰山悬索桥设计方案的线性及非线性振动响应。计算结果表明,考虑结构的大位移非线性因素对桥梁位移及加速度时程曲线变化趋势的影响不大,但会使其响应极值减小,非线性因素对桥梁加速度产生的误差影响较大而对位移的误差影响较小。     

Derivation of a new stiffness matrix for helically armoured cables considering tension and torsion

A new element stiffness matrix is derived for straight cable elements subjected to tension and torsion. The cross-section of a cable, which may consist of many different structural components, is treated in the following as a single composite element. The derivation is quite general; consequently, the results can be used for a broad category of cable configurations. Individual helical armourning wires, for instance, may have unique geometric and material properties. In addition, no limit is placed on the number of wire layers. Furthermore, compressibility of the central core element can also be considered. The equations of equilibrium are first derived to include ‘internal’ geometric non-linearties produced by large deformations (axial elongation and rotatioin) of a straight cable element. These equations are then linearized in a consistent manner to give a liner stiffness matrix. Linear elasticity is assumed throughout. Excellent agreement with experimental results for two different cables validates the correctness of the analysis.     

带刚臂的两节点精确悬链线索元的非线性分析

为解决应用悬链线索元时锚固点的刚性连接问题,在应用悬链线基本方程导出的两节点悬链线索元的切线刚度矩阵基础上,推导出两端带任意刚臂的两节点精确悬链线索元的切线刚度矩阵显式表达式,并且分析了考虑索元初次张拉和成形使用两种条件下切线刚度矩阵的迭代求解技术。分析和算例表明,应用两端带任意刚臂的两节点精确悬链线索元可以很好地解决前述问题,且其有限元分析格式与不带刚臂的悬链线索元完全一致,而且当索元不带刚臂时该切线刚度矩阵可自动转化为相应的刚度矩阵,实用价值较强。     

预应力结构非线性分析的索单元理论

本文将预应力结构中的张拉索处理为具有两个铰接节点的索单元,导出了索单元中总分布荷载的表达式和索的大位移增量刚度矩阵以及索元的一致质量矩阵,基于虚功原理建立了索元的静动力非线性平衡方程。应用本文理论可以分析拉索预应力结构的静力非线性问题、基本动力特性及非线性动力反应过程,可以跟踪不同的预应力张拉次序和过程。算例表明:本文方法具有较高的计算精度。     

索结构静力分析的新型拉索单元研究

总结和分析不同工况下索结构中拉索的受力特点, 将拉索行为归纳为已知原长和已知索力两种典型受力情况。利用悬链线拉索解析解的线性展开, 并引入适当的约束条件, 建立两种新型的拉索单元, 给出单元切线刚度矩阵的显式表达。提出索结构非线性静力分析的一般迭代算法, 算法中利用等效线自重考虑弹性变形对拉索静力状态的影响。以斜拉悬臂结构的多阶段安装为例, 分别采用该文方法和传统方法针对不同工况进行了索结构分析, 对比计算结果证明了该文新型单元和算法的效率和精度。     

考虑局部拉索振动的斜拉桥抖振响应分析

桥梁结构的抖振响应受抖振力和结构动态特性的影响。在有限元分析中,建立结构动态特性矩阵时将斜拉索处理成直杆单元而忽略拉索局部振动的影响。在考虑拉索锚固点随结构运动的情况下,推导出斜拉索局部振动引起的拉索动张力公式。分析认为,虽然斜拉索的局部振动对结构整体抖振响应的影响不甚显著,但结构整体运动对斜拉索的局部振动有显著影响。     

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。     

滑移索结构分析的精确三维有限元法

针对现有滑移索结构分析方法适用范围有限、精度不高的缺点,提出了一种通用、高精度的三维滑移索单元法。基于悬链线理论和Euler-Eytelwein公式,同时考虑了温度效应和滑动摩擦,分别建立了已知单元无应力索长和已知张拉力的三维滑移索单元的基本方程组;利用矩阵微分从单元基本方程组导出了单元的切线刚度矩阵;建立了滑移索结构从张拉到后期加载的全过程精细化分析流程,可实现自动调用建立的各类索单元,准确分析各滑移点的摩擦;通过3个算例的计算及与现有理论解、数值解和试验结果的比较来验证该文所提出方法的可靠性和有效性。结果表明,该文提出的三维有限元法准确可靠,计算效率较高,适用于工程中各种滑移索结构的高精度非线性分析。     

基于等效模型的索牵引并联机器人的刚度分析

现有索牵引并联机器人研究中,由于柔索长度较短大多将其处理成仅能受拉的直线索单元,没有考虑柔索垂度的影响,刚度分析过程与刚性支腿并联机器人相同.为考虑垂度影响,该文采用悬链线方程建立了大跨度柔索的静力学模型,推导出柔索的刚度矩阵.然后提出了一种刚度等效模型,将柔索等效为三根两两相互垂直的弹簧.于是便可将索牵引并联机器人等...     

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%。