考虑楼层刚度的新型消能伸臂结构动力特性研究

新型消能伸臂结构将伸臂与外框架柱节点断开并垂直连接黏滞阻尼器后利用两者之间的相对变形能获得较大能量耗散，已应用于越来越多的超高层建筑中。基于考虑普通楼层刚度提出新型消能伸臂结构简化等效模型并与ETABS计算结果进行对比，在此基础上分析楼层刚度、楼层数量及楼层梁跨度比等对整体结构主振型阻尼比、频率、最优阻尼系数等影响规律。结果表明：简化等效模型与ETABS计算结果吻合较好，附加阻尼比最大误差为13%;考虑楼层刚度后消能伸臂结构主振型附加阻尼比减小、频率增大；随着楼层梁刚度减小，附加阻尼比增大，最优阻尼比伸臂位置上移，最优阻尼系数增大；利用能量法提出的等效公式能反映楼层刚度对消能伸臂结构的动力特性影响并能简化分析过程，为新型消能伸臂结构的进一步工程应用提供了理论依据。     

新型高阻尼黏弹性阻尼器性能试验研究

设计制作3个高阻尼黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性的性能试验、疲劳性能试验及老化性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量和等效黏滞阻尼比为指标研究阻尼器的性能规律,采用通用Bouc-Wen计算模型模拟其滞回曲线,并对比模拟结果和试验结果。研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、力学性能稳定,具有较强的耗能性能和大变形能力,抗疲劳性能和抗老化性能良好。变形对该新型高阻尼黏弹性阻尼器力学性能指标的影响明显,加载频率对其影响较小。Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果吻合良好。     

大悬挑结构抗风拉索弹簧-阻尼减振支座性能试验与风振控制研究EI北大核心CSCD

为提高大悬挑结构的抗风性能,提出将圆柱螺旋弹簧与筒式黏滞阻尼器相结合设计形成弹簧-阻尼减振支座,并将其布置在柱顶与拉索配合起到竖向减振的作用。对该弹簧-阻尼减振支座的力学性能进行试验研究,依次开展了轴向刚度与低周往复加载试验共计61种工况,探究了静位移、位移幅值与加载频率对支座力学性能的影响,并基于有限元软件对安装弹簧-阻尼减振支座前后的体育场结构进行风振动力响应分析。结果表明:支座的轴向刚度随加载等级的增加而增大;支座的滞回耗能性能随位移幅值的增加而增大,等效阻尼比和等效刚度则随位移幅值的增大而减小;与支座性能随位移幅值的变化情况相比,其力学性能随加载频率的变化幅度更小,各个区段变化范围均小于±10%;静位移对支座的滞回耗能性能、等效刚度和等效阻尼比影响较小。弹簧-阻尼减振支座对大悬挑结构的风振响应具有显著的控制效果,最大达92.16%,平均38.79%。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

黏性剪切阻尼器性能频率依存性对斜拉索多模态阻尼影响研究EI北大核心CSCD

斜拉索振动是危害缆索桥梁安全性和适用性的一个工程难题,实际中常采用附加阻尼器的方法实现减振。在拉索-阻尼器系统分析中,多将阻尼器系数考虑为常数;现有理论和试验表明,阻尼器动力特性包括刚度和阻尼系数存在明显的频率依存性,相关研究尚缺乏。并且,拉索随着长度的增大,基频降低,分析和设计中更需要考虑索的多模态(多频率)阻尼。因此,研究索阻尼器性能的频率依存性对索多模态阻尼效果的影响。研究选取工程中广泛应用的黏性剪切阻尼器(viscous shear damper,VSD)。首先,开展阻尼器单体试验研究,结果表明在固定位移幅值情况下,随着振动频率的增大,阻尼器的阻尼系数变小而刚度系数增大,系数与频率之间近似呈现指数函数的关系;进一步,采用小垂度拉索附加带刚度阻尼器模型,分析索-阻尼器系统的动力特性,讨论阻尼器性能频率依存性对索多模态阻尼效果的影响;最后,通过实索动力测试得到阻尼器对索多阶模态阻尼效果,与理论分析结果吻合。试验结果表明,实际阻尼器的设计需要考虑阻尼器性能的频率依存性,结合阻尼器单体试验和索-阻尼器系统理论分析是一种精确和实用的方法。     

隔振器动力学参数的测试方法研究

阻尼系数和刚度系数是隔振设计中分析隔振器性能的重要参数,其测试技术是确定相应数值的有效途径。针对大阻尼粘性流体微振动隔振器,提出一种测试多参数模型阻尼系数和刚度系数的简化测试方法。应用机械阻抗等效将多参数模型简化为便于测试的两参数模型,通过自行设计相应的试验测试平台,对等效参数及隔振器各组件刚度系数进行测试。将数据处理所得振动模型数据输入到Simulink仿真模型中,得到隔振器整体等效阻尼系数和等效刚度系数,并与试验直接采用迟滞环法得到的对应参数进行比较,二者相对误差均在5%以内,有效地证明了本方法的可行性与可用性。本方法突出的优点为它还可以得到阻尼系数和刚度系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要的参考价值。     

高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验,研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律,提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,具有较高的等效黏滞阻尼比,表现出良好的变形性能和耗能能力;黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显,与加载频率相关性较小,抗疲劳性能较好;五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。     

计及减振器非线性阻尼的自行火炮车体振动试验及数值模拟

为了研究减振器的非线性阻尼特性对轮式自行火炮连发射击过程中车体振动的影响,基于流体力学和液压基本理论,通过建立减振器的非线性阻尼求解模型,得到减振器阻尼及刚度系数表达式。针对某轮式自行火炮的具体结构特点,推导由减振器引起的悬挂等效阻尼系数和等效刚度系数表达式。同时,对轮式自行火炮连发射击时车体振动进行试验测试。在理论研究和试验研究基础上,对减振器阻尼及刚度系数采用线性和非线性表达式两种状态进行了数值建模模拟。结果表明,考虑非线性阻尼及刚度系数仿真结果与试验结果吻合较好,而采用线性阻尼及刚度系数仿真结果与试验结果存在较大的误差。研究结果表明减振器非线性阻尼及刚度系数对轮式自行火炮车体振动具有较大影响。所述方法可以推广到其他火炮车体振动仿真研究中。     

扣件刚度与阻尼对铁路箱梁车致振动噪声的影响研究

为了探明扣件刚度和阻尼对箱梁结构噪声的影响,基于车-线-桥耦合振动理论和声学边界元理论,建立了箱梁结构噪声预测的混合有限元-边界元法,并进行现场试验验证。在此基础上,分析了扣件刚度与阻尼对32 m简支箱梁结构噪声的声场分布规律与频谱特性、轮轨相互作用力的影响规律。结果表明:混合有限元-边界元法能较好地预测箱梁结构噪声,结构噪声的峰值频段为40~80 Hz,噪声峰值频率主要受扣件刚度的影响;距地面1.2 m高,近轨侧10~40 m和40~100 m范围内的声压级衰减率为0.29 d B(Lin)/m和0.067 d B(Lin)/m;扣件刚度增加将显著降低梁侧声场的指向角,扣件刚度自10 MN/m增加到100 MN/m时,近轨侧30 m纵断面的声压级平均增加12.5 d B(Lin),结构噪声和轮轨力的峰值频率均从30 Hz同步增大到67 Hz;扣件阻尼比对梁侧声场的指向性影响较小,扣件阻尼比从0.062 5增加到0.5时,近轨侧30 m纵断面的声压级平均降低5.0 d B(Lin),结构噪声和轮轨力的峰值频率均保持不变。     

实腹式型钢混凝土T形柱抗震性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土T形柱的抗震性能,进行了10个试件的水平加载试验,考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了试件的受力过程和破坏形态,分析了荷载-位移曲线、侧移角、延性、强度、刚度及耗能等力学性能。结果表明,试件均发生弯曲破坏,但不同加载制度下试件的破坏形态不同;试件的滞回曲线饱满,极限侧移角介于1/36~1/9,位移延性系数介于3.97~12.11,破坏时等效粘滞阻尼系数介于0.319~0.374,体现出良好的变形和耗能能力;随着加载循环次数的增多和轴压比的增大,试件的延性降低,强度衰减和刚度退化加快;随着配钢率的增大,试件的延性提高,强度衰减和刚度退化变缓。     

移动载荷作用下斜拉桥结构的动态响应计算分析

运用斜拉桥的近似分析方法,将漂浮体系的斜拉桥结构简化成两端简支且中间离散弹性支撑梁、变地基系数梁和均匀地基系数地基梁三种模型。建立了移动载荷作用下斜拉桥结构的动力学方程,用四阶龙格库塔法对动力学方程进行了计算,对三种模型的固有频率和三种模型在相同移动载荷作用下的动态响应进行了比较,并对移动载荷移动速度、垂直振动的刚度和阻尼对桥梁动态响应的影响进行分析。结果表明,当拉索等效弹性系数较小时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别较小,当拉索等效弹性系数较大时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别明显;桥梁动态响应的频谱由桥梁的固有频率和移动载荷的自振频率组成;移动载荷垂直振动的刚度越大,阻尼越小,桥梁振动的响应越大。     

刚度特性对八连杆隔离器隔振、隔冲性能的影响分析

为提高惯导设备隔离器的防护能力,设计了一种能够大幅度卸载任意方向冲击载荷的多杆并联隔离器,并选择能以小变形承受大载荷的碟簧作为弹性元件。同时,为分析隔离器的刚度特性及其对隔离器隔振、隔冲性能的影响,进行了准静态压缩实验、振动试验和冲击试验。研究发现,随着隔冲杆中碟簧数量增加,预紧力增大,弹性元件的准零刚度特性渐强,垂向及水平向隔振能力产生不同程度的削弱。在隔冲性能上,当准零刚度特性较为明显时,试验和仿真计算得到的加速度响应峰值更大,但随冲击载荷增加,隔离率趋于稳定。最后得出,当弹性元件具有较弱的准零刚度特性时,有利于保证隔离器在复杂冲击环境下,保持较好隔振、隔冲能力,为多杆并联隔离器的优化设计提供了参考。     

直角柔性铰链的力学特性

为了深入分析精密传动用柔性铰链的机械性能,在研究常用结构形式柔性铰链力学特性的基础上,对变形敏感的直角柔性铰链的力学特性进行了分析．建立了直角柔性铰链空间力学模型,推导了空间刚度矩阵表达式．在此基础上。从柔性铰链基本结构尺寸等方面研究了影响柔性铰链刚度性能的因素,研究发现影响柔性铰链变形性能的刚度系数与柔性铰链几何尺寸参数和构成柔性铰链材料的弹性模量密切相关．研究表明,当柔性铰链的有效长度增加或材料的弹性模量降低时,其各方面的刚度系数均有不同程度的降低．研究工作对深入分析柔性铰链力学特性、优化设计压电驱动器结构,提高其综合性能具有一定的意义．     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。     

单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究

进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上,模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应,参数化地研究了调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的减振作用,考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试,测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应,讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明:减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍;单人步行和跑动工况下,通过设置TMD,结构加速度峰值下降31.1%～55.9%,加速度均方根下降36.4%～52.0%;多种人群步行工况下,结构竖向加速度峰值最大为0.41 m/s~2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔,TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。     

自复位变阻尼耗能支撑的力学原理与性能研究

为解决现有自复位支撑起滑力大的问题,提出了一种新型自复位变阻尼耗能支撑。支撑采用组合碟簧提供复位能力,通过构造设计实现磁流变液变阻尼耗能。对其变阻尼特性进行了分析,建立了描述其滞回特性的恢复力模型,提出了基于性能需求的支撑设计边界条件。对支撑整体和阻尼耗能装置磁场进行了模拟,结果表明,支撑具有饱满的类旗型滞回曲线,起滑力小、无残余变形、拉压对称,能够兼顾不同振动强度下的性能需求,有效控制结构振动响应。分析了支撑设计参数对滞回性能的影响,为提高复位与耗能能力,设计时组合碟簧预压力应略大于初始阻尼力,同时应增大组合碟簧刚度、提高最大阻尼力、减小变阻尼区间。与现有自复位支撑相比,起滑力大幅降低、起滑刚度比增加,在相同自复位装置设计下等效粘滞阻尼比与最大承载力也有较大提高。     

玻璃钢约束阻尼复合结构的阻尼特性

以玻璃纤维增强树脂作为约束层主要材料、丁腈橡胶为阻尼层、钢板为基板制备约束阻尼复合结构, 运用动态黏弹谱仪和悬臂梁共振法, 研究温度、约束层刚度和阻尼层结构对约束阻尼复合结构减振效果的影响。结果表明:自由阻尼复合板的最大阻尼范围落在阻尼层的玻璃化转变区;玻璃钢约束层能将复合结构的阻尼拓展至阻尼层的高弹态区域, 增加阻尼层厚度可以提高约束复合板的阻尼性能;提高孔隙率同样有利于约束复合板阻尼性能提升;铝板约束层提升作用尤为显著, 然而在海洋环境、干湿交替等强腐蚀场合中, 铝板极易腐蚀而丧失约束功能, 因此在这类特殊场合下耐腐蚀的玻璃钢具有优势。      

复合材料圆管构件的等效模型研究

本文针对任意壁厚的复合材料圆管构件的等效弹性模量和剪切模量提出了高阶理论计算方法,它考虑了构件的横向剪切效应以及层合材料的三维本相关系,并且对三种缠绕方式的等效模量进行了预测,预测结果与经典层合报理论和实验的预测结果吻合较好,该方法可用于复合材料杆件结构的设计中。     

碳纤维网络增强环氧树脂基复合材料的制备与表征

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的刚性和热尺寸稳定性,首先利用短切碳纤维制备了碳纤维网络增强体(CFNR),并将其与环氧树脂复合制备了CFNR/环氧树脂新型复合材料。然后,分别利用扫描电镜和热机械分析仪对CFNR/环氧树脂复合材料的微观结构和热力学性能进行了表征。结果表明:CFNR/环氧树脂复合材料中有明显的网络节点,即碳质粘结点;CFNR/环氧树脂复合材料具有较好的导电性、较高的刚性和较低的热膨胀性,其弹性模量分别为常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料及纯环氧树脂的3倍和6倍,平均热膨胀系数(60~200℃)分别为常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料的1/15及纯环氧树脂的1/40;随着温度升高,CFNR/环氧树脂复合材料、常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料及纯环氧树脂的弹性模量均因环氧树脂变软而降低,当温度高于80℃时,CFNR/环氧树脂复合材料的弹性模量分别约为常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料的7倍和纯环氧树脂的近70倍。研究结论可以为开发高刚性、低膨胀聚合物基复合材料提供实验依据和理论指导。