非线性涡激力模型中气动参数识别新方法

基于非线性最小二乘法提出识别单自由度经验非线性涡激力模型中气动参数新方法。通过同伦分析法获得涡振响应二阶解析解,基于该解构造非线性拟合目标函数并采用遗传算法识别出在给定参数区间内的最优拟合结果。分别用光滑信号及有噪信号进行数值验证,结果表明该方法具有可行性及较好稳定性。并运用该方法识别出流线型闭口箱梁断面的涡激力气动参数。     

考虑流固耦合的大柔性圆柱体涡激振动非线性时域模型

基于流固耦合的涡激升力模型和Morison方程,提出了一个非线性的圆柱体涡激振动时域分析模型。该模型不仅考虑了脉动拖曳力诱发的顺流向涡激振动,而且考虑了横向的流固耦合问题。该模型物理意义清楚,其非线性包括流体阻尼的非线性性质和涡激升力与圆柱体响应的相关性,这些非线性性质是该模型区别于现有涡激振动分析模型的主要特征。分析表明,该模型较好地反映了圆柱体涡激振动的本质,与现有的商业软件吻合较好。     

圆柱体横流与顺流方向涡激振动耦合模型研究

基于尾流振子模型对刚性圆柱体在横流以及顺流方向涡激振动耦合模型进行了研究。首先建立了横流以及顺流方向考虑结构几何非线性的结构振子以及尾流振子模型,其次基于二阶精度中心差分格式对模型进行先离散后迭代求解,再次通过与他人实验结果进行对比验证了该数值模型的可靠性,最后对不同质量比、不同结构阻尼比以及不同几何非线性系数下圆柱体涡激振动响应振动幅值以及振动轨迹进行了分析。分析结果表明:随着质量比的增大,横流以及顺流方向的振动幅值均呈下降趋势,锁定区间宽度逐渐变窄。随着结构阻尼比的增大,横流以及顺流方向的振动幅值同样呈下降趋势,而锁定区间宽度逐渐变宽。随着折合速度的增加,结构振动轨迹依次出现斜"8"字形、"月牙"形以及正"8"字形。随着几何非线性系数的增加,横流以及顺流方向振动幅值从上分支进入低分支时的位移突降现象会变得越来越明显。     

桥梁断面范德波尔振子涡激气动力模型参数非线性化的能量原理

采用范德波尔振子类涡激气动力模型,通过能量平衡原理,推导了涡激共振过程中结构的振幅增量、初始气动阻尼、非线性气动阻尼三者之间的基本关系,进而得出模型中气动力参数ε与振幅yT之间关系的识别原理。基于某扁平箱梁桥梁断面的节段模型涡振试验结果,对范德波尔类涡激气动力模型参数随振幅的演变关系进行了识别。结果表明,在涡激共振锁定区间内,随着振幅的增加,参数ε呈单调下降的趋势。与之相反的是,参数ε形成的非线性气动阻尼比却呈非线性增长的规律。当参数ε相关的非线性气动阻尼、初始气动阻尼、结构阻尼三者之和为零时,结构达到稳定的涡振极限环状态。研究表明：初始气动阻尼特性决定了结构能否起振而形成涡振锁定区间;识别出模型参数随振幅的变化关系后,高于试验阻尼的结构涡振响应具有可预测性。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

大跨主梁沿跨向涡振Scanlan非线性模型应用

摘要 柔性大跨主梁在低速横风作用下易发生涡激振动,尽管不会导致毁灭性的破坏,但会引起结构疲劳或影响正常使用。基于Scanlan非线性涡振模型,引入Wilkinson涡激力相关性函数,推导大跨主梁沿跨向锁定状态竖向、扭转涡振一次理论近似解,分析相应气动参数识别方法。以一大跨斜拉桥为例,根据主梁节段模型涡振试验识别气动参数,计算沿主梁跨向竖向涡振响应。     

基于经验线性涡激力的桥梁涡激振动TMD控制

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动,研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程,在复频率里对运动方程进行求解,推导了振动系统的频率响应函数,给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例,对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验,获取了桥梁的涡激振动气动参数,分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明：质量比越大,控制率越高,但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比;TMD质量比一定时,TMD与桥梁的频率比趋近于1附近,相位差趋近于π/2附近,控制率较高;当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时,涡振控制效果将受到影响,利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值;就本桥而言,当按质量比为1%设计TMD最优参数时,在整个涡振区风速范围内,桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。     

基于实验的浮式圆柱体涡激运动研究

为研究浮式圆柱体在均匀流下涡激运动响应,对其进行了水槽模型实验研究。测试了约化速度自1.3~10.2范围内的有、无螺旋侧板圆柱的运动响应,从响应幅值、涡泄频率等多个角度出发,分析了其涡激运动的关键特征。研究表明:裸圆柱在约化速度5.5~8之间发生锁定现象,增加螺旋侧板后抑制涡激运动效果显著,且无明显锁定现象;流固耦合作用下,涡激运动横荡频率不再符合斯托哈尔频率变化规律。     

非线性振冲隔离器油阻尼特性模型及参数识别

为研究油阻尼特性从而实现非线性油阻尼振冲隔离器的自主设计及优化,运用理论建模与实验建模相结合的方法,通过大量科学实验和合理的数据处理,根据数据处理所得数据及显示的图形结果进行油阻尼特性的非线性分析与建模,提出了用于小型电子设备的振冲隔离器的油阻尼特性模型,并进行了部分参数识别。由于体积小,在忽略位移影响的情况下,油阻尼特性模型是按频率分区的,按速度分段的。实验证明,所建模型计算结果比传统线性理论模型计算结果更接近实验数据。     

混沌激励下振动系统的非线性参数识别

本文对基于时-频相结合的非线性振动系统的参数识别问题进行了研究。首先建立含非线性参数单自由度振动系统的力学模型,将已知非线性系统产生的混沌响应作为该系统的激励, 假定其响应有若干不稳定的周期轨道组成,从混沌响应的状态空间中提取出近似周期轨道, 采用谐波平衡法识别出系统的参数,然后对识别出的参数进行误差分析。最后通过数值模拟,验证了混沌信号作为激励源对非线性系统进行参数识别的可行性。     

基于振动测试的非线性参数识别方法

研究了利用特殊的正弦扫频技术识别非线性参数的方法。该方法利用目前线性系统成熟的模态分析技术,并结合等效线性化理论,通过振动测试识别结构的非线性参数,可以建立一个更加准确的模型来反映非线性结构的动力学特性,从而提高模型的预测精度。该方法包括两部分：（1）常位移测试识别非线性刚度;（2）常速度测试识别非线性阻尼。常位移测试是在一次正弦扫频过程中,通过调整各频率下的激励力幅值使得位移响应的幅值为常数,获得一组频响函数,通过模态分析获得等效刚度;改变位移响应的幅值进行多次测试,获得多组等效刚度;对获得的一系列恒定位移响应下的等效刚度进行曲线拟合,即可获得所有线性和非线性刚度参数。常速度测试与其类似。以三自由度非线性系统为例,进行了常位移测试和     

一类具有非对称特性的隔振装置结构参数实验辨识方法

由于重力或装配应力等偏置力的影响,隔振元件的工作状态将会偏离原始平衡位置,进而产生具有非对称特性的动力学行为,其具体表现为系统的动态响应存在刚性漂移现象,且该刚性漂移的大小与外激励频率、幅值均存在复杂的关系;其次,由于振动传感器主要针对动态信号,对于零频附近的低频信号存在灵敏度低、测量误差大的缺陷。因而,对于系统响应中存在的刚性漂移信号,实验中往往无法准确测定,甚至可能丢失,这将给系统的动力学参数标定带来非常大的影响。本文针对该问题,建立了此类隔振实验装置的非对称动力学模型,并利用较为成熟的谐波平衡原理构造了一种简单的迭代算法,使其在刚性漂移信息缺失的情况下,仍然能够有效地辨识得到系统结构参数。通过数值仿真,本文验证了该算法的有效性,并将其应用于一款具体的隔振元件动力学参数辨识工作中。其结果表明,由该算法辨识得到的结构参数与系统真实动力学特性具有较高的吻合度,对于其它具有类似特性的隔振元件的设计及应用具有一定的参考价值。     

两自由度椭圆柱体涡激振动的数值模拟

摘要：利用作者编制的基于松耦合方法求解气动弹性问题的程序,对高雷诺数条件下椭圆柱体的涡激振动进行了数值模拟。椭圆柱体的长短轴比接近2,来流和长轴垂直。数值结果表明：尽管椭圆柱体在横向和流向的动力参数不同,结构振动仍以横向振动为主;和圆柱以及方柱一样,两自由度椭圆柱体的涡激振动同样存在流向锁定和横向锁定,并且随着折减风速的增大,旋涡脱落模式从异相2S变化为同相2S。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

钢丝绳减振器非对称迟滞模型的参数分解识别研究

针对钢丝绳减振器垂向非对称迟滞特性的理论描述需要，提出了非对称迟滞模型的参数分解识别方法。采用这一方法进行试验曲线的模型参数识别，并依据具体识别过程对原有模型的不足之处做了局部修改。根据参数识别结果，获得试验曲线的数学模型，并运用数值计算方法得到模型相应的理论曲线。理论与试验的曲线比较表明，分解识别方法能获得较为理想的识别结果，对原有模型的修改是符合实际的。     

小直径附加圆柱对圆柱涡激振动抑制的参数优化

采用基于迭代嵌入式浸入边界法对后方对称布置两个小直径圆柱的单圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,对涡激振动抑制进行了参数优化。雷诺数和圆柱直径比分别为Re=100和d/D=0.125,其中D和d分别为大、小圆柱直径。通过改变控制角度(θ)、主圆柱与小圆柱的间隙比(G/D)、小圆柱旋转角速度和旋转方向(α)和阻尼比(ζ)确定的最优控制参数组合为θ=25°、G/D=0.125、α=-2.2和ζ=1.02。小圆柱的旋转角速度和旋转方向对圆柱振幅有一定的影响,其中内向反转会进一步抑制圆柱的振动,外向反转则恰好相反。随着阻尼比的增加,圆柱振幅先增后减,但影响程度较小。     

羽翼形隔水管涡激振动抑制装置实验研究

基于鸟类翅膀尾缘锯齿外形的仿生学研究,提出了一种带有双羽翼形飘带结构的海洋钻井隔水管涡激振动抑制装置。对裸圆柱模型和带有不同尾缘外形、不同长度双飘带结构的圆柱模型进行水流模拟实验,应用粒子图像测速技术测量模型的尾迹流场,得到相应的尾迹流线图和涡量图。通过比较分析得:双飘带结构能有效减少水流中圆柱模型后方的旋涡,且飘带尾缘外形能影响圆柱周围的流场,尾缘锯齿形飘带可使旋涡的产生滞后。飘带长度为圆柱直径四倍左右时对旋涡的抑制效果较好。因此,羽翼形涡激振动抑制装置能有效抑制水下隔水管的涡激振动。     

斜拉索风雨振气动抑振措施的参数优化

本文通过风洞试验,研究了斜拉索空间位置、降雨量、风速等对斜拉索风雨振的影响,选定了振动最大时的参数,研究了作为气动抑振措施的螺旋线直径和缠绕间距两个参数对抑振效果的影响,并研究了附加不同参数螺旋线时斜拉索的气动阻力系数随雷诺数的变化规律,发现针对本研究选定的直径155mm的斜拉索,斜拉索的水平角35°、竖向角25°、较小的降雨强度（10mm/h）、特定的风速范围（无量纲风速60~100）下发生的振动最为激烈;在选定螺旋线间距的情况下,随着螺旋线直径的增大,其抑振效果趋于显著;在选定螺旋线直径的情况下,随着螺旋线间距的减小,其抑振效果趋于显著;附加螺旋线斜拉索的气动阻力系数随螺旋线直径的增大或螺旋线缠绕间距的减小而增大。在超临界雷诺数区域,附加螺旋线时的阻力系数均大于无螺旋线时的阻力系数。提出了优化的螺旋线设计原则。     

精确延时爆破振动速度峰值预测模型

根据几何地震学的基本原理,以单孔爆破振动速度峰值为基础,按照毫秒延时时间间隔建立精确延时逐孔起爆振动峰值预测模型。不仅可以预测爆破振动速度峰值,而且能够直观地展现爆破区域范围内振动峰值的变化情况,并能从保护区域内振动峰值出发,设定合理的毫秒延时间隔时间。根据现场应用数码电子雷管的深孔爆破实验,该方法计算的预测振动峰值与实测振动峰值吻合良好,计算结果可靠性较好,可以在实际工程中推广使用。