非线性变参数车-轨-桥耦联系统动力学建模

考虑车辆-轨道-桥梁间的非线性刚度和阻尼特性,建立系统在垂向和横向轨道不平顺条件下的动力学模型。将车辆模拟为质量-弹簧-阻尼多刚体系统,轨道和桥梁则分别为由有限个变参数弹性约束相联系的欧拉梁,利用分段线性化方法描述弹性约束的非线性刚度和阻尼特性,数值求解系统的动力学响应。研究表明:系统间的非线性变参数约束对改善结构的动力性能有着重要的影响,特别是对于拉压不对称的非线性约束情形,系统则表现出良好的综合动力性能。     

锻锤隔振基础动力特性实例分析

为了解决锻锤工作时冲击振动对环境的危害,以带混凝土配重块的锻锤隔振基础为例,从工程应用角度出发,根据振动理论建立了两自由度锻锤隔振基础体系模型,运用线性加速度方法计算冲击振动作用下的基础振动响应.同时还针对力学模型中的质量、刚度和阻尼等动力参数进行优化分析,并运用有限元方法分析混凝土配重块的冲击应力分布状况.锻锤隔振基础优化后的动态参数为:质量比60～ 110,隔振频率2.5～4.0 Hz,阻尼比0.2～0.3.     

瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响

为了研究瑞利阻尼模型的物理意义及模型参数对动力响应的影响,基于虚功方程推导瑞利阻尼的质量相关部分和刚度相关部分,利用解析和数值方法对比分析不同瑞利阻尼系数下的一维黏弹性杆件的动力响应.结果表明,瑞利阻尼质量相关部分反映了外部环境因素对振动体系的能量耗散作用;刚度相关部分反映了材料对动力响应的阻滞作用,表现为应力不仅与应变有关,而且与应变率相关.一维黏弹性振动响应解析解和有限元数值解对比分析表明,常规有限单元软件应力计算时,没有考虑应变率的贡献,导致计算应力和实际应力存在差异,计算应力不满足力边界条件.有限元应力计算误差随着瑞利阻尼系数和激励频率的增加而提高.     

瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响

为了研究瑞利阻尼模型的物理意义及模型参数对动力响应的影响,基于虚功方程推导瑞利阻尼的质量相关部分和刚度相关部分,利用解析和数值方法对比分析不同瑞利阻尼系数下的一维黏弹性杆件的动力响应.结果表明,瑞利阻尼质量相关部分反映了外部环境因素对振动体系的能量耗散作用;刚度相关部分反映了材料对动力响应的阻滞作用,表现为应力不仅与应变有关,而且与应变率相关.一维黏弹性振动响应解析解和有限元数值解对比分析表明,常规有限单元软件应力计算时,没有考虑应变率的贡献,导致计算应力和实际应力存在差异,计算应力不满足力边界条件.有限元应力计算误差随着瑞利阻尼系数和激励频率的增加而提高.     

波动输入方法及其在水闸工程中的应用

目前在对软土地基上的闸涵类水工结构进行动力分析时大多采用无质量地基模型,针对其无法有效考虑地基辐射阻尼效应这一问题,基于ADINA软件平台和动力黏弹性边界理论,提出弹簧阻尼元件在模型截断边界的施加与外源波动在边界的输入方法。将上述方法应用到基于国内某水闸闸室-水体-地基系统的地震动反应分析当中,并与传统无质量地基模型的计算结果进行对比。计算结果表明,考虑地基辐射阻尼后闸室主体结构的地震动响应有所减小,且该方法在计算中具有较好的精度和稳定性。     

无阻尼多自由度动力减振器参数研究与应用

目的提出无阻尼多自由度动力减振器（功扒4DOF）最佳减振参数的确定方法．方法通过理论分析无阻尼3个自由度动力减振器（DA3DOF）减振弹簧在有限相等变形条件下的减振器最小总质量计算，推广到无阻尼多自由度动力减振器参数的确定．结果无阻尼3个自由度动力减振器在前两个减振质量块趋近于零，第3个质量块趋近于单自由度动力减振器（DASD—OF）质量的1／3时。减振系统获得最小总质量。此时子系统最大变形为无阻尼DASDOF的3倍．结论将结果推广到无阻尼多自由度动力减振器（DAMDOF），表明可通过刚性接点连接和改变弹簧方向增大弹簧总长度，减少减振总质量，研究结果对于实际应用有指导意义．     

叠层橡胶支座特性对巨——子结构减震效果影响

通过考虑叠层橡胶支座和巨-子控制结构体系的非线性特性及相互影响,建立了结构体系模型,并通过改变叠层橡胶支座刚度、阻尼等动力参数,进行巨-子控制结构体系地震响应时程分析,对采用叠层橡胶支座隔震的巨-子控制结构体系的地震响应规律和特点进行了系统的研究。研究结果表明：叠层橡胶支座的刚度、阻尼等动力特性对应用叠层橡胶支座巨-子控制结构体系的减震效果起重要作用。     

速度作用下非线性弹性地基上矩形薄板主共振

本文基于非线性弹性地基模型及弹性理论,建立了非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下的非线性动力方程,运用Galerkin方法及多尺度法求得该系统主共振的幅频响应方程,以行车速度为调谐参数,分析阻尼系数、车辆荷载、板厚及相位差等参数对非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下主共振幅频响应的影响。结果表明:非线性弹性地基上矩形薄板在行车速度作用下主共振系统的非线性特点不明显,振幅-速度响应曲线接近对称,改变阻尼系数、车辆荷载等参数时对共振区间影响不大。在正常取值范围内,随着阻尼系数值增大振幅-速度响应曲线峰值减小;随着车辆荷载、板厚及相位差的增大振幅-速度响应曲线峰值增大。     

基于惯容器的动力反共振隔振器隔振特性分析

基于一种新型惯性元件——惯容器,设计一种新型动力反共振隔振器,研究该隔振器的低频线谱隔振性能,为舰船动力设备的低频线谱隔振研究提供新思路和理论借鉴。考虑隔振基础的非刚性,建立了此种隔振器的动力学模型,分析了系统的动力学特性和振动传递特性,讨论了相关元件参数(弹簧刚度,阻尼系数,惯容值等)对隔振器隔振性能的影响。分析表明并联惯容器后可使隔振器的固有频率降低,使得隔振器具有更低的隔振频段;同时可形成一个反共振频率,当激振频率在该反共振频率附近时具有优良的隔振性能,从而实现良好的低频线谱隔振。     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于 Penzien 提出的集中质量法,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串,以弹簧和阻尼器模拟周围土体,建立土-桩-结构动力相互作用的分析模型,给出相互作用参数的确定方法,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应.运用此模型对某180m 混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致,但考虑桩-土-上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长,变形增大,剪力和弯矩相应减小.桩-土-上部结构相互作用增加了结构的柔性,改善了结构的抗震性能.     

结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范-非平稳地震动模型的复模态频域法

为了求解结构-土相互作用体系的地震作用,对基于规范-非平稳地震动模型的复模态频域法进行了系统研究.首先,建立了结构-土相互作用体系的运动方程,根据上部结构的地震响应以第一阶振型为主的特点,将其按第一振型展开;然后,针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况,用复模态法解耦;最后,采用与抗震规范设计反应谱的地震动参数一致的Clough-Penzien-三段式非平稳地震动随机模型在频域内进行了体系的随机地震响应分析,进而得到了结构的地震作用取值.通过一个例子来说明本文方法在结构-土相互作用体系地震作用取值的应用,同时分别给出了基础固定结构基于地震动模型和规范设计反应谱的地震作用取值来进行比较.     

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.     

补偿因子可调逆变器电压外环线性自抗扰控制

为了提高微电网逆变器在参考电压变化和负载扰动下输出电压的暂态性能,提出将补偿因子视为可调参数的线性自抗扰控制（LADRC）策略. 通过建立同步旋转坐标系下的微电网逆变器模型,结合电流环比例调节器,设计以输出电压为状态变量的二阶LADRC;利用根轨迹和频域特性曲线分析补偿因子对系统稳定性、动态性能和抗干扰能力的影响,为补偿因子的调节提供理论依据;在此基础上给出LADRC和电流调节器控制参数的设计过程;并进行对比仿真和实验. 仿真分析和实验结果表明：通过适当减小补偿因子可以加快电压响应速度,减小超调,提高系统抗负载扰动能力.     

基于变频率动态采样的导航信号高精度多普勒频移中频模拟方法

研究了中频模拟器中时变系统采样间隔的高动态多普勒频移模拟方法. 基于卫星运动模型研究了信号高动态频移特性,提出基于变频率动态采样的伪码和载波多普勒频率偏移模拟方法;给出高精度码多普勒频移模拟设计方案,通过省略传统方法中必需的码数控振荡器模块来降低系统实现的硬件复杂度;通过对伪码频率模拟误差精度的分析,推导了算法主要参数取值的闭式解. 仿真结果表明,在接收信号频率具有有限二阶变化率的高动态环境下,该方法可有效提升多普勒频移模拟精度,并给出具有高稳定度的结果.     

基于动态灵敏度的数控机床立柱优化设计

以结构动力学理论为基础,对数控机床立柱结构动态性能进行分析。首先建立立柱三维模型,使用ANSYS Workbench软件对立柱进行模态分析,得到立柱一阶模态频率。通过计算得到各设计参数对立柱动态性能的灵敏度值,选择其中灵敏度值大的设计参数为设计变量。以一阶模态频率为目标,使用响应面法进行优化设计。优化后数控机床立柱一阶频率提高1.657 Hz,最大位移与最大应力均满足设计要求,动态性能得到加强。     

基于模态联合仿真寻优法的机床刀具结合部参数辨识方法

为保证机床加工时的切削稳定性,获得准确的稳定性叶瓣图（切削速度-切削深度关系图）,需要得到机床刀具刀尖点的频率响应函数（FRF）。刀尖在加工时处于旋转状态,无法通过粘贴式传感器直接获取其频率响应函数。针对这一问题,提出了通过准确辨识刀柄结合部间动力学参数来预测刀尖频响。为实现刀柄结合部的动态参数识别,提出了基于模态分析理论的联合仿真寻优法的辨识方法。该方法通过均布弹簧-阻尼单元模拟结合部接触特性,以模态实验测得前2阶模态固有频率及其对应的振幅为目标约束,以结合部间的刚度和阻尼为变量进行有限元分析,采用最小二乘法构建二者的多目标优化函数,并在MATLAB-ANSYS集成环境下建立非线性规划函数寻优任务实现结合部动力学参数的辨识。为了提高辨识效率减少调用有限元分析的次数,采用了样本点构造的方法;为了避免因采样点选取不合理而造成计算量增加,采用了采样区间归一化的处理方式。最后,将优化识别结果通过弹簧单元指令代入有限元模型进行谐响应分析来预测刀尖FRF,对比有限元仿真与模态试验对应测点的频响数据。结果表明,二者的频率响应函数曲线拟合度较高,且前2阶的固有频率误差分别仅为0和0.04%。验证了该方法的可行性,为进一步获得稳定叶瓣图提供支持。     

Longitudinal vibration of pile in layered soil based on Rayleigh-Love rod theory and fictitious soil-pile model

The dynamic response of pile in layered soil is theoretically investigated when considering the transverse inertia effect.Firstly, the fictitious soil-pile model is employed to simulate the dynamic interaction between the pile and the soil layers beneath pile toe. The dynamic interactions of adjacent soil layers along the vertical direction are simplified as distributed Voigt models.Meanwhile, the pile and fictitious soil-pile are assumed to be viscoelastic Rayleigh-Love rods, and both the radial and vertical displacement continuity conditions at the soil-pile interface are taken into consideration. On this basis, the analytical solution for dynamic response at the pile head is derived in the frequency domain and the corresponding quasi-analytical solution in the time domain is then obtained by means of the convolution theorem. Following this, the accuracy and parameter value of the hypothetical boundaries for soil-layer interfaces are discussed. Comparisons with published solution and measured data are carried out to verify the rationality of the present solution. Parametric analyses are further conducted by using the present solution to investigate the relationships between the transverse inertia effects and soil-pile parameters.     

矿棉离心机转子结构参数的灵敏度分析与优化研究

本文根据在实验基础上所建立的转子动力学计算模型,对离心机转子的结构参数进行灵敏度分析及优化。通过应用不同优化方法的计算,综合分析,选取适当的设计变量,优化方法以及目标函数。文中对目前生产中使用的矿棉离心机转子结构参数进行了分析和讨论,为进一步合理设计提供了依据。     

高层建筑顺风向风振动力反应时程分析

采用了谐波叠加法模拟作用在结构上的顺风向脉动风压,同时为了能反映作用在迎风面不同点上脉动风压的相关特性,首先生成脉动风速互谱密度矩阵,然后采用三角分解法进行分解,再以此生成脉动风压作为输入脉动风荷载,采用Newmark方法计算结构的动力反应时程.对两栋高层建筑的风振反应时程计算结果表明,本方法得到的结构动力反应均方根值与建筑结构荷载规范中采用的谱分析结果有较好的吻合性;风振反应以共振反应为主,非共振反应值占次要的部分.这与谱分析法得出的结论也是一致的,说明了利用谐波叠加法模拟脉动风压时程的准确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的.     

模糊随机桁架结构的平稳随机振动分析

研究了具有模糊随机参数的桁架结构在平稳随机激励下的动力响应．同时考虑结构参数的模糊随机性，利用模糊因子法和最优化方法从时域上推导出了结构位移响应的模糊随机相关函数矩阵；进而利用模糊因子法推导出频域上动力响应的模糊随机均方值的表达式，最后用随机变量的矩法和代数综合法推导出了动力响应均方值模糊随机变量的模糊数字特征．通过算例考察了结构参数的模糊随机性对动力响应均方值的模糊随机性的影响，从分析结果中得出了参数的模糊随机性在结构随机振动分析中是不容忽视的结论．