典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性研究

工程结构中普遍存在螺栓连接,其中螺栓连接界面的非线性与不确定性是其两个重要特性,该研究针对某典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性开展研究.通过结构不同次装配工况的正弦振动试验,获得了系统轴向振动固有频率与模态阻尼比的不确定性.采用薄层单元建立螺栓连接结合面模型,基于薄层单元弹性模量、泊松比与连接系统固有频率的关系,以...     

螺栓连接非线性振动特性研究

摘要：在不同的外界激励下,螺栓连接常常表现出一定的非线性。为研究螺栓连接的非线性特性,设计了一个螺栓连接系统,并对其进行不同基础激励下的正弦扫频实验。通过实验数据的分析得到了螺栓连接的共振频率和相对阻尼系数,发现其随着激励量级的不同呈现出较明显的非线性特性。在理论模型研究中,将系统简化为非线性弹簧、非线性阻尼器、质量块的单自由度模型,并利用实验数据对非线性方程中的系数进行了识别。利用此非线性模型,求出系统的主共振频率和相对阻尼系数,它们与实验结果相比差别较小,说明文中所给的非线性方程能较好描述螺栓连接的振动特性。     

人行桥阻尼索减振研究EI北大核心CSCD

随着人行桥跨度不断增加,其固有频率受行人质量的影响增大,为提高人行桥的宽频减振效果,提出了一种由阻尼器、复位弹簧并联后再与拉索串联而成的阻尼索减振方法。首先,以简支梁模拟人行桥,建立了阻尼索-人行桥弯曲振动方程,采用解析法获得了阻尼索为人行桥提供的附加阻尼比计算公式。然后,通过模型试验分析了桥梁频率、阻尼器黏性系数等参数变化时阻尼索为桥梁提供的附加阻尼比变化规律。研究结果表明,阻尼索可为人行桥提供非常大的附加阻尼比,附加阻尼比理论计算公式与试验结果吻合。最后,基于附加阻尼比理论计算公式,对阻尼索减振性能进行了参数影响分析。     

螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响

由于装配需要或者制造误差等因素的影响,连接板的螺栓与螺栓孔之间不可避免地存在间隙,而且间隙的变化对连接板的模态频率有一定的影响。通过研究螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响机制,讨论一种基于变通孔直径的螺栓连接动力学设计方法。首先,基于ABAQUS软件和Python语言,建立了包含变通孔直径的单搭单螺栓连接板有限元计算模型;然后,探讨了螺栓连接板在一端固支、两端固支两种边界条件下螺栓与孔间隙变化对连接板模态频率的影响机制;最后,提出了一种基于变通孔直径的螺栓连接板动力学设计方法。结果表明:当通孔直径为螺栓直径的1.02~1.20倍时,通孔直径的变化对螺栓连接板各阶固有频率的影响可忽略;通孔直径大于螺栓直径的1.21倍时,其变化对连接板模态频率有明显的影响,且影响程度各异。研究表明在特定激励环境下可通过改变通孔直径来改变系统模态频率,从而避免结构共振。该方法为螺栓与孔间隙对复杂螺栓连接系统固有频率的影响分析提供了参考,也为螺栓连接系统的抗振疲劳设计问题提供了思路。     

独立矩形截面超高层建筑的顺风向气动阻尼风洞试验研究

通过37个超高层建筑气动弹性模型的风洞试验,利用随机减量法从模型的风致加速度响应中识别了气动阻尼,并通过与前人相关研究成果及基于准定常理论的计算结果的比较验证了识别结果的正确性。在此基础上,研究了独立矩形截面超高层建筑顺风向气动阻尼的变化规律,考察了质量密度比、广义刚度、结构阻尼比、高宽比、宽厚比及风场类型对建筑结构气动阻尼比的影响。研究结果表明：超高层建筑顺风向气动阻尼比随折减风速变化的曲线近似一条单调增加的直线;结构阻尼比、质量密度比、宽厚比、折减风速、高宽比是影响顺风气动阻尼的比较重要的参数;广义刚度、风场类型相对影响较小。基于这些研究数据,拟合了超高层建筑顺风向气动阻尼比的经验公式,供工程设计人员参考。     

基于振型转换的螺栓连接梁非线性振动研究

以一端固支一端带螺栓连接的梁为对象,采用Iwan模型对螺栓连接的非线性力学特性——迟滞非线性进行建模,基于振型转换的思想,利用相对振型转换法处理了迟滞边界条件引起的非线性振型之间的转换,研究了螺栓连接非线性对梁受迫振动响应的影响。通过梁端点的幅频响应图,讨论了振型之间的耦合、Jenkin's单元的个数、激励力幅值、模态阻尼及螺栓连接刚度对梁端点响应的影响。结果表明,新方法在处理带迟滞非线性边界的连续体振动问题时,具有良好的收敛性;迟滞非线性对系统响应影响有限,在指定的扫频区间仅表现出单周期运动,以及弱频率漂移现象;带迟滞非线性边界条件梁的各参数中,频率漂移的程度对螺栓刚度的大小较敏感。     

具有刚度非线性的结构系统阻尼参数测试

机械结构系统中存在大量的结构,其固有频率会随着激振力幅的不同而改变,称之为刚度非线性结构,例如螺栓法兰联接结构、涂层复合结构等。由于存在刚度非线性,经典的半功率带宽法无法准确辨识这些结构的阻尼参数。本文在修正经典半功率带宽法的基础上,提出了一种适用于弱刚度及强刚度非线性系统的阻尼辨识方法,称为频域带宽法。首先,基于刚度非线性结构系统的运动方程,分别推导了弱刚度非线性及强刚度非线性系统的阻尼辨识公式。进一步,提出了基于频域带宽法测试具有刚度非线性结构系统的阻尼参数的方法及流程,并讨论了扫频方向、扫频速度对测试结果的影响。最后,以具有软式非线性特征的硬涂层薄板为对象进行实例研究,获得了该薄板不同激励幅度下的阻尼参数。本文的研究可为精确建立类似结构的动力学响应分析模型提供参考。     

机车转子非线性系统的动力学分析

随着机车速度的提高,对机车的运行安全性和稳定性提出了更高的要求。主要研究了非线性双转子连续-质量转子系统的动力学模型,综合考虑转子支撑、齿轮啮合刚度等复合非线性因素影响。基于哈密尔顿最小势能原理,建立连续-质量非线性转子系统的动力学模型,对系统进行无量纲化处理,并求解了固有振动频率及振型。采用MR-K迭代法求解强非线性转子系统的数值解。定量分析在支撑刚度、阻尼及其齿轮刚度参数作用下,转子系统的幅频响应变化。结果表明:复杂边界条件下,系统的固有频率对传动系统振动响应影响较明显。当齿面磨损及间隙变化时,齿轮啮合刚度变大,转子系统在固有频率处位移显著增大。轮轨激励的变化,引起系统从动轴横向弯曲幅值变大。     

具有温度依赖性的纤维增强复合薄板的非线性阻尼特性分析

基于复指数法分析了具有温度依赖性的纤维增强复合薄板的非线性阻尼问题。首先,考虑热环境对纤维增强复合材料弹性模量的非线性影响,使用复指数法建立了复合薄板的阻尼模型,并实现了非线性阻尼和固有频率的理论求解。然后,结合不同温度下的实验测试结果,构造了各阶固有频率的相对误差函数,并基于迭代和拟合技术,描述了模型中拟合系数的确定方法。最后,以TC500碳纤维/YD127环氧树脂基复合薄板为研究对象,开展了实例测试和验证研究。结果表明,基于复指数法分析获得的复合薄板在20,50和150℃三个温度下的前6阶模态阻尼比和固有频率的最大计算误差不超过9.33%,从而验证了该分析方法的正确性。另外,研究发现该类型复合结构的阻尼比随着温度的升高呈现增大的趋势,但随着模态阶次的升高,其高阶阻尼比对温度的敏感性降低。     

隔振系统组合阻尼的计算方法

对于采用不同型号(具有不同阻尼比)减振器的隔振系统,其组合阻尼比的求法多为近似的方法。本文通过对系统阻尼特性的分析,推导出求系统组合阻尼比的精确计算公式。对于采用较高阻尼比减振器的系统,或者要工作于共振区附近的系统,该公式具有重要意义。本文还给出了说明例子。     

高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位耗能减震结构分解成框撑剪结构和纯剪力结构,结合振型分解反应谱理论和线性粘滞阻尼减震结构等效阻尼比计算方法,推导出了高位转换粘滞阻尼减震结构合理阻尼系数的计算公式。最后,通过算例分析得出,采用上述方法计算高位转换粘滞阻尼减震结构粘滞阻尼系数是可行的,该方法计算公式简单实用,可用于高位转换粘滞阻尼减震结构的初步设计。     

新型汽车扭振减振器扭振特性试验研究

对一种新型汽车扭振减振器的动态工作特性进行试验研究,通过试验与理论相结合的方法,系统的研究了该减振器动态扭振特性。研究表明：减振器恢复扭矩与扭振振幅成典型的迟滞非线性,而且其动刚度是振幅的非线性函数;阻尼是振幅、频率的非线性函数,阻尼成分较丰富,既有干摩擦阻尼,又有粘性阻尼;建立的恢复扭矩混合阻尼动力学模型能够很好地描述这类非线性扭振减振器的迟滞特性,理论回线与试验回线吻合较好,为优化设计出高性能的汽车扭振减振器提供了理论依据。     

面向RC结构损伤演变的位移相关型阻尼模型及参数识别

针对目前阻尼模型不能充分反映钢筋混凝土结构阻尼与损伤之间关系的不足,提出位移相关型非线性阻尼模型,该模型既能反映结构振动过程中的粘滞阻尼耗能又能反映与结构损伤相关的内摩擦耗能。将内摩擦阻尼分解为残余应力效应和粘结滑移效应。基于能量守恒原理提出模型中阻尼参数的识别方法,并进行数值验证。对一钢筋混凝土简支梁进行损伤加载和动力测试,基于位移相关型非线性阻尼模型和相关动力学模型识别各损伤状态下的阻尼参数,分析其变化规律及非线性阻尼与损伤之间的内在联系。结果表明位移相关型阻尼模型不仅能反映阻尼比随位移峰值的增大而增大的现象,还能反映阻尼比随损伤程度的演变规律。     

改进的受力状态映射法在结合部动力学参数辨识中应用

针对受力状态映射法作为辨识非线性结合部参数重要方法具有物理意义明确、辨识准确等特点,而实际辨识试验时结构某些参数难以测定、致辨识过程困难等问题,提出结合子结构模态综合法的受力状态映射法,可有效解决该问题。参数辨识过程中对模型易出现的缺失项及冗余项,利用基于TSVD(Truncated Singular Value Decomposition)正则化方法的模型迭代修正法。仿真模型表明,修正模型较精确模型误差小、辨识精度高。通过对导轨结合部进行参数辨识实验研究,证明辨识方法的有效性及准确性。     

黏滞阻尼器考虑激励频率影响的附加阻尼比简化计算

目前减震结构的附加阻尼比计算都需要先计算出结构的动力反应,并进行复杂的迭代过程,且在计算中一般都仅考虑激励频率等于结构基频的情况.基于非线性黏滞阻尼器,提出了一种不需计算结构动力反应,只根据结构特性、激励频率和阻尼器参数直接求解结构附加阻尼比的计算方法.分析了目前常用的几种附加阻尼比的计算方法,推导出了减震体系在简谐激...     

新型高速铁路客站多维抗震分析的实用反应谱法

针对“房桥合一”高速铁路客站不同阻尼比构件、大跨构件较多,对其阻尼模型和多维实用反应谱法进行了研究。首先通过位能加权阻尼和振型分解法的原理,得出位能加权阻尼的激励为各振型响应,并基于单元刚度矩阵推导了位能计算公式。接着在结构自振周期不超过4.5倍场地特征周期的条件下,对水平与竖向加速度互功率谱的表达形式进行了替代。基于两者,利用随机振动理论与反应谱理论推导了能合理考虑各向振型间相关性的实用反应谱公式。最后,以天津西站II区为例加以应用,并与时程分析、多种常用多维反应谱组合法进行了比较,说明该公式的合理性,可供同类结构抗震设计与分析作参考。     

含三次非线性位移的粘性阻尼干摩擦隔振系统振动特性的实验研究

在分析库仑摩擦阻尼双线性滞迟模型的基础上，通过试验建模和参数辨识，得到了无记忆恢复力亦为非线性力的动力学模型。金属橡胶粘性阻尼隔振系统对正弦基础激振的响应计算表明：在相对位移振幅ym较大的情况下，必须考虑无记忆恢复力中位移三次非线性的影响；而在ym较小时，位移三次非线性的影响可以忽略不计。金属橡胶粘性阻尼隔振系统的振动试验表明：粘性阻尼隔振系统的一阶共振频率随激励的逐渐增强而逐渐减小并趋于稳定；其一阶共振放大比随激励的增强先减小后增大，但变化的幅度不大，在激励较小时表现出明显的“软化”非线性动态特性，在较大激励时仍具有较好的隔振缓冲性能，验证了试验建模的结果。研究结果表明，金属橡胶精细结构材料具有很强的阻尼耗能作用，对恶劣环境下各种仪器设备的振动保护非常有利。     

基于3/2维谱的螺栓松动非线性检测及定位

提出基于3/2维谱分析的螺栓松动非线性检测及定位方法,用多尺度法分析螺栓松动产生非线性相位耦合的机理,研究3/2维谱分析处理信号的过程并分析其识别非线性二次谐波原理,以铝板上螺栓结构为实验对象,利用粘贴在铝板表面的压电作动/传感元件进行实验,对结构响应信号进行3/2谱分析,有效判断螺栓的连接状态;为实现松动螺栓的定位,定义螺栓松动的非线性指标,引入径向基插值函数,实验获得粘贴在铝板上压电列阵响应信号的非线性指标,利用径向基插值函数拟合损伤定位图像。实验结果表明,该方法能有效检测螺栓松动非线性,实现松动螺栓定位。     

地震作用下防屈曲支撑减震结构附加有效阻尼比计算及变化规律研究

基于《建筑消能减震技术规程》(JGJ 279-2013)的附加有效阻尼比计算方法,推导防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace, BRB)减震结构等效单自由度体系的附加有效阻尼比计算式,分析主体结构处于不同工作阶段附加有效阻尼比变化规律,并用自由振动衰减法验证其变化规律的正确性。结果表明,主体结构弹性时,附加有效阻尼比随结构变形增加先增大后减小;主体结构塑性时,BRB附加给结构的有效阻尼比与结构屈服后刚度有关。讨论阻尼器型BRB(记为第Ⅲ类)设计原则,并分析结构第一阶段抗震设计时附加有效阻尼比的取值原则。     

基于经验模式分解的框架结构螺栓松动检测实验研究

螺栓松动损伤具有非线性特征,在低、高频激励共同作用下,结构动力响应会出现高频激励与结构固有频率之间的调制现象。利用该调制现象,本文发展了一种基于经验模式分解(EMD)的螺栓松动检测方法,分别对高频正弦和随机激励下结构响应信号进行EMD分解并作功率谱分析,采用EMD分解后含有调制成分的高频固有模式函数(IMF)构造能量损伤指标来识别结构螺栓松动。采用多尺度法进行单自由度非线性模型分析解释高频调制现象,并通过螺栓连接框架结构的振动实验验证了该方法的有效性。结果表明,螺栓松动时,响应信号频域中出现高频激励与固有频率间的调制成分,所构造的能量损伤指标能够有效识别螺栓松动损伤,并且对于初始松动损伤识别更为敏感。