自行走悬索桥主缆检修车主桁架风振响应特性研究

根据Davenpot功率谱、Wiener-Khintchine定理、Shinozuka定理模拟脉动风时程曲线;使用Monte-Carlo法、有限元分析方法、matlab软件提取计算用脉动风并对主缆检修车主桁架进行风振响应特性研究。研究结果表明:基于蒙特卡洛法提取的计算用脉动风正确有效,该提取方法可应用到相关的工程抗风设计中。在自然风载荷的作用下,主桁架危险点的位移主要产生在侧向与竖向,而且主桁架在风载荷静力作用下的响应计算是可靠的。Davenport风速谱的函数规律决定,在140m高空模拟的最大总风速小于设计风速。     

随机风作用下高速列车的非定常气动载荷

为研究随机风作用下高速列车的非定常气动载荷,基于COOPER理论和谐波叠加法计算随高速列车移动的点的脉动风,分析车速和平均风速对量纲一功率谱密度的影响。采用计算流体动力学方法数值计算气动载荷系数随侧偏角的变化规律,研究随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法,并推导出非定常气动载荷的概率分布特性。通过仿真分析车速为200～400 km/h,平均风速为10～35 m/s时的脉动风和非定常气动载荷发现,量纲一功率谱密度随车速的增加往高频部分移动,平均风速的变化对其影响较小;平均风速对脉动风速的影响大于车速对脉动风速的影响;当考虑侧偏角的变化时,计算得到的非定常气动载荷的波动增大;采用准定常法和改进准定常法计算得到的非定常气动载荷具有随机过程的遍历性,而采用权重函数法及改进权重函数法计算得到的非定常气动载荷不具有随机过程的遍历性。     

附着式整体升降脚手架的风荷载研究

风荷载是脚手架抗风计算的主要设计荷载之一,对脚手架进行风速时程模拟可以更直观准确地了解脉动风作用下脚手架的动力特性。在考虑脚手架节点间风速时程的时间和空间相关性的基础上,选用Davenport谱和线性滤波法中的自回归(Auto-Regressive,AR)模型推导出四阶AR模型的参数表达式来模拟脚手架的风速时程。通过比较模拟风速功率谱与目标风速功率谱的吻合程度,实现了脚手架风速时程的精确模拟。对所得到的风荷载时程曲线进行分析,为实际工程中脚手架的风振分析提供了参考依据。     

集装箱起重机的脉动风场仿真及响应分析

基于准定常假定,采用谐波叠加法仿真集装箱起重机的脉动风场并对其进行脉动风载作用下的抖振响应分析。风场仿真结果表明,除自谱的低频误差较大外,风速样本的功率谱密度与目标值完全一致。岸桥前梁端点的位移响应谱表明,低频的脉动风载荷对岸桥的基频模态具有最强的激振效应,且紊流风作用下岸桥前梁端点顺风向抖振最大位移高达53mm,可能会激起梁上小车与轨道的耦合振动,影响梁上电动小车行驶安全性,而横向和竖向脉动风下的振动位移很小,可忽略不计。     

高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟

为模拟横风环境下高速列车所受气动载荷,选择Karman修正风速谱为目标谱,采用线性滤波法（AR模型）模拟了随列车移动点的脉动风速时程。基于风速风压关系,分析了气动载荷的计算方法,引入气动导纳函数,计算了高速列车横风作用下的非定常气动载荷,最后通过MATLAB编程实现非定常气动力的模拟。通过对列车运行速度70 m/s、平均风速为25 m/s工况下的脉动风速及非定常气动力的计算模拟,结果表明,风速时程能量主要集中在0~3 Hz频域段,与列车系统固有的一些振动频率相近,存在引起列车系统共振、引发倾覆事件的可能。     

二维随机风下高速列车非定常气动载荷研究

为研究自然风下高速列车的气动载荷特性,基于Cooper理论和谐波叠加法建立考虑自然风纵向脉动分量和横向脉动分量的二维随机风数值模拟方法,通过对比纵向脉动分量和横向脉动分量的模拟功率谱密度与目标功率谱密度,验证随机风数值模拟方法的正确性,并建立二维随机风下高速列车非定常气动载荷的计算公式。数值计算时,列车速度为200~400 km/h,平均风速为10~35 m/s,计算结果表明,随机风具有较大的横向脉动分量,其波动程度略小于纵向脉动分量的波动程度。无论是否考虑随机风速横向脉动分量,高速列车非定常气动载荷均近似服从正态分布。随机风速横向脉动分量对非定常气动载荷的均值几乎没有影响,但使非定常气动载荷的标准差有所增大。     

非稳态风致载荷下车体结构典型载荷谱仿真研究

为了考虑随机风载荷对车体结构疲劳强度的影响,以某型高速列车车体结构为研究对象,提出一种计算方法研究风致载荷作用下的车体结构典型载荷谱。主要内容包括:首先,根据京津线路沿线的风谱,选择Cooper风速谱作为目标谱,以线性滤波方法(卡尔曼滤波法)模拟作用在车辆上的风速。同时,基于风速与风压关系,引入一种权重函数模拟的时域计算方法获取高速列车横风作用下非定常的气动载荷。根据车辆动力学参数、轨道不平顺特征以及沿线瞬时最大风速等建立整车多体动力学模型和确定车辆典型运行工况。在车辆动力学模型中施加气动载荷激励,评估高速列车在风致载荷工况作用下的列车运行安全性。根据提出的载荷谱仿真计算方法,提取车体结构的载荷时间历程。采用雨流计数法对其进行载荷谱编制,形成典型的车体结构风致载荷谱。研究结果表明:采用线性滤波法获取的风速功率谱与目标谱在主要频段内拟合精度较高,随机风速的最大能量分布集中于0.01~3 Hz范围内;通过引入权重函数的气动力计算可以有效过滤气动力中的高频脉动成分,能够真实反映实际气动力载荷的延迟特征。该方法可以有效研究风致载荷作用下的车体结构载荷谱。     

基于合成湍流来流的相控阵天线风载大涡模拟

风载是大气边界层中相控阵天线的主要载荷.针对Gaussian平稳随机过程理论无法计算横向脉动风载的局限性以及计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)中谱方法生成风速脉动的不合理,结合CFD和脉动风场模拟技术,提出一种大气边界层中天线风载的计算方法.根据大气条件下的Kaimal风速谱,采用谐波合成技术模拟出空间相关的顺风向及横向脉动风速,以此为计算边界条件,并采用动力Smagorinsky亚格子应力模式进行大涡模拟,计算出某相控阵天线的风压及风载系数时程.计算结果与具有相同体型的标准模型风洞试验结果及大涡模拟结果进行比较,表明采用合理布置风速模拟点的该方法在各方向上的计算结果均与试验结果比较吻合.该方法实现了对结构风压和风载时程的计算,具有广泛的通用性和重要的工程应用价值.     

高空作业车风致振动响应的数值模拟研究

随着高空作业车作业高度的不断增加,风荷载对高空作业车的振动影响也越来越大。为了研究高空作业车在风载荷作用下的风振响应特性,根据Davenport风速谱模拟得到了脉动风载荷时程,并施加在高空作业车有限元模型上,对GKZ型折臂式高空作业车两种作业工况进行了风振特性分析,获得了风载荷作用下高空作业车的位移和加速度响应时程,进一步得到了其频域特性。分析结果表明,该折臂式高空作业车的风振响应以顺风向为主,最大位移响应均方根达16.15mm;频域特性表明,该型作业车对低阶频率较为敏感。     

大型门式起重机的风振特性研究

为了解随机风载荷在风灾频发地区对大型门式起重机的影响,借鉴建筑工程学中随机风载荷的处理方法,利用风载荷功率谱密度函数得到风载荷的时程曲线并应用于门式起重机的风振特性研究,利用计算流体软件对风场进行模拟仿真,在起重机行业还不够成熟。工程界对于结构的动态响应分析一般有时域和频域两种分析方法,虽然频域分析法方便迅速,但时域分析因其在复杂系统的非线性方面的优势以及其计算结果的精确直观并易于掌握结构的整机风振特性,更易被结构工程师所接受。利用ANSYS软件分析了门式起重机金属结构在静风载荷和随机风载荷作用下的响应,通过对比得出,大型门式起重机在不考虑风载荷的脉动效应时将使计算结果偏于不安全。     

气动激扰下车体与悬吊设备耦合振动行为研究

基于Simiu风谱的功率谱密度函数,建立自相关模型(AR模型),模拟随高速列车移动的点的随机脉动风速时程,分析得到随机风作用在高速列车车体上的气动激扰。建立考虑车体弹性振动和多个车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析不同环境风速下气动激扰对车体和悬吊设备振动行为的影响。研究表明,气动激扰对车体和悬吊设备的横向和垂向振动特性明显,随着风速的增大,车体和设备振动加剧,但是对于车体横向振动来说,车辆运行速度低于150 km/h,各风速下的差异不明显;合理选取车下悬吊系统的悬挂参数可以有效地降低车体和设备的振动,当环境平均风速5 m/s时,车体横向采用8 Hz的悬挂频率比1 Hz的降低约26.5%的振动;考虑气动激扰的车下悬吊系统振动行为研究可以更加真实地反映车体和悬吊设备的耦合振动关系,为设计更优异性能的车下悬吊系统提供参考价值。     

高耸塔器的风振模拟及其采用侧向支撑的减振分析

以某炼化工程中的高耸塔为研究对象,选取Davenport风速谱,基于M.Shinozuka谐波叠加法编制MATLAB程序,得到塔体脉动风载荷时程样本,对塔体进行顺风向的风振响应分析。结果表明,模拟的风载荷功率谱与目标谱吻合较好,且风载荷数据符合均值为零的正态分布,脉动风载荷模拟质量高;单独塔体在脉动风载荷作用1200 s,风振效应明显,塔顶最大位移可达到0.512 m;当塔体侧向支撑采用弹簧时,塔体晃动的减弱效果不明显;当塔体侧向支撑采用阻尼器时,塔顶最大位移随着阻尼系数的增加迅速减小,其值可减小到约0.1 m,塔体侧向设置阻尼器能够大幅防止塔体风振,有效提高塔体的抗风性能。     

基于模拟脉动风场的铁路接触网风振响应分析

研究了铁路接触网系统在风载下的动态响应特性.首先,采用ANSYS软件建立了腕臂结构的有限元模型,根据找形理论确定了悬挂系统初始形态.其次,采用谐波合成法模拟了运行现场的脉动风场,并对系统在风载荷作用下的动态响应进行了分析.通过与现场实测数据的对比,分析了接触网系统的风致振动响应特点.     

高耸塔器顺风向风振响应与疲劳寿命数值分析

针对现行设计标准中未曾考虑沿海等地区强风（或台风）频发的极端条件下,顺风向振动可能导致的高耸塔器疲劳问题,基于谐波叠加法、随机振动理论及脉动风速频域规律,利用MATLAB和ANSYS软件模拟,获得了某一典型高耸塔器在各风速下的顺风向脉动风速时程样本及风振时程响应,采用雨流法统计了危险点应力幅值与循环周次,根据Miner疲劳累积损伤理论估算了疲劳寿命。结果表明：模拟脉动风速时程曲线经自功率谱和自相关函数检验可较好地反映真实风速特征;随着风速的增加,塔器风振时程响应的最大值和均方根呈指数关系增大,且前者略大于JB／T4710--2005中的计算结果;9级风以下顺风向振动引起的塔器疲劳损伤不大,但多次较强台风作用可能会导致明显的疲劳损伤甚至失效。此研究旨在为多风地区高耸塔器的合理设计提供参考。     

大跨度网架在动风载作用下的动力学分析

以某在建的大跨度网架为研究对象，对施工过程中的不同工况进行静力学分析，确定危险工况；将网架划分为多个大小均匀的区域，选择Kaimal谱为模拟脉动风速的目标功率谱，通过修正傅里叶法模拟网架各区域代表节点的脉动风速时程，依据公式计算出脉动风载时程；将脉动风载施加到相应网架节点后进行动力学分析，通过对比各观测节点最大应力、变形，找出最危险部位；将静载荷与脉动风载同时施加到网架模型，求解最危险节点的位移响应时程曲线，确定网架风振响应的最危险时刻，并求解此刻应力和变形。对比不同工况的计算结果，证明了施工过程中考虑脉动风载作用的必要性，为施工现场规避风险提供理论指导。     

高空作业车风振响应的频域特性分析

针对臂架类高空作业车在脉动风载荷作用下的动力特性复杂,传统方法难以反映其动力反应的不足,提出了基于有限元法和虚拟激励法的高空作业平台风致振动响应分析方法。将脉动风荷载引起的振动看作多点相干平稳随机激励下的随机振动,采用不随高度变化的Davenport风速谱,并考虑多点风激励的相关性,以某型折臂式高空作业车为算例,进行了风振响应分析,得到了高空作业平台在不同速度风荷激励下的位移、加速度响应谱和均方根。分析结果表明,低阶频率会引起作业平台较大的振动,竖向1/3倍频程加速度均方根低于国际标准,对作业人员的舒适感无明显影响。     

沿海一高耸塔器顺风向风振响应研究

针对沿海地区台风频发而导致的高耸塔器振动破坏问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,开展了沿海一高耸塔器在脉动风载荷作用下的动态仿真分析。基于自回归模型法,随机振动理论以及脉动风速频域理论,采用MATLAB和ANSYS软件模拟,获得了高耸塔器在参考风速下的脉动风速时程样本和塔器的顺风向风振时程响应,并通过试验验证了模拟手段的准确性,此模拟手段可为今后分析同类高耸塔器在台风作用下的顺风向风振响应提供技术参考。     

侧风下高速列车运行安全性分析

将列车空气动力学和多体动力学理论相结合,研究风载荷对高速列车运行安全性的影响。采用自回归(AR)模型模拟随机脉动风速时程,结合流体动力学理论计算作用在高速列车多体动力学模型上的等效风载荷。建立车辆系统动力学模型,分析不同车速、风速以及风向角对列车安全性指标的影响,并依据高速列车运行安全性限定标准,确定了不同风速下列车的最高安全运行速度。     

一体化通信塔风振响应分析

针对传统基站建设需要进行地勘和土建基础施工的问题,设计一种新型的一体化通信基站,其塔体和机房连为一体,塔体自身、塔体和机房之间可以通过叠及展开实现运输及运行两种方式。采用线性滤波法的ARMA模型,借助MATLAB软件对通信塔的脉动风速时程进行模拟,模拟得到的脉动风速时程功率谱与Von Karman目标谱在峰值以及平稳性方面吻合良好,并在此基础上进行风荷载时程模拟。在ANSYS中实施加载,得到通信塔在脉动风场中的动力响应,结果表明一体化通信塔的结构是可行的。     

基于时程分析法的门式起重机脉动风响应规律研究

以40.5 t门式起重机为研究对象,用时程分析法研究其脉动风响应规律,采用Davenport风速谱进行研究,利用Matlab软件模拟出不同计算风速下随时间变化的脉动风。在两种工况下,利用Ansys软件通过APDL命令流导入不同计算风速下的脉动风风压曲线,对门式起重机的结构模型进行瞬态动力学分析,列表归纳得到门式起重机结构在不同计算风速下各方向的最大位移值和最大复合应力取值。得出的结论是:脉动风风速的增大主要影响顺风向时门式起重机结构的变形和复合应力,顺风向脉动风对该机结构具有激励作用,此作用不受门式起重机外部载荷和风速变化的影响。