埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统动力响应分析

针对地铁列车运行中引起的地表振动问题,研究了埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统的动力响应。将地基土体采用Biot饱和多孔介质理论来模拟,将地下轨道结构简化为埋置无限长Euler-Bernoulli梁,埋置移动荷载作用在梁上。并采用传递透射矩阵法(TRM法)考虑地基的成层性。利用Fourier变换及逆变换,结合梁与土体间的力与位移连续条件,得到了地基在时间空间域内的动力响应解答。当饱和成层地基退化为均质黏弹性地基时,所得解与已有解能很好地吻合。最后,通过数值算例分析了梁的刚度﹑埋置深度及荷载移动速度、频率等因素对地表振动的影响。     

埋置移动荷载作用下成层饱和地基的动力响应

利用Fourier变换和传递反射矩阵法（TRM法）研究了成层饱和地基在埋置移动荷载作用下的动力响应。土体被假设为完全饱和的多孔弹性介质并且服从Biot多孔弹性波动方程,用修正粘滞阻尼模型来描述土体的粘弹性行为,采用TRM法来考虑饱和地基的成层性,利用Fourier变换和Fourier逆变换得到了埋置移动荷载作用下饱和地基动力响应积分形式解答。当饱和成层地基退化单层饱和地基时,该文解与已有解能很好的吻合。最后,通过数值计算分析了埋置荷载深度﹑荷载速度、荷载频率及软硬夹层对动力响应的影响。     

移动简谐载荷作用下层状地基-轨道耦合系统动力响应分析

采用格林函数方法求解层状地基-轨道耦合系统在移动简谐载荷作用下的动力响应问题。通过求解层状地基表面作用移动均布线载荷时的动力格林影响函数,由位移连续条件实现层状地基与轨道的耦合,求得移动简谐载荷作用下频率-波数域内的系统动力响应,最后通过傅里叶逆变换求得时间-空间域内的动力响应;与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀半空间地基和基岩上单一土层地基-欧拉梁耦合系统为模型,研究载荷振动频率、移动速度、地基刚度以及土层厚度对动力响应的影响。研究表明移动简谐载荷频率较高时与移动静载荷情况不同,不再具有跨音速时地表位移幅值最大的规律;成层地基-轨道耦合系统在移动简谐载荷作用下的动力响应与均匀地基情况存在显著差异,当载荷频率与层状地基固有频率接近时,地基表面位移幅值较大;另外随着基岩与土层剪切波速比的增大,载荷以超音速经过后地基表面位移振动更加剧烈,振动时间更长,随着土层厚度的增大,位移幅值逐渐向低频区域迁移。     

移动谐振荷载作用下浮置板轨道的动力响应

在移动谐振荷载作用下,依据周期结构响应的性质,将无限长浮置板轨道响应的问题求解转化到在一块浮置板长度范围内进行,并通过浮置板的位移影响矩阵在频域内实现了钢轨和不连续浮置板的耦合,求得了该范围内钢轨的动力响应,进而以此为基础求得了轨道结构上任意一点的动力响应。结果表明:移动谐振荷载作用下,在移动荷载自身激振频率附近,浮置板轨道位移响应频谱达到峰值;随着移动谐振荷载速度的增大,在频谱上,荷载自身激振频率附近很窄的频段位移响应会有所下降,而在其他大部分频段位移响应会有显著增加;当谐振荷载激振频率与浮置板轨道的固有频率一致时,发生共振现象,在频谱上位移响应的峰值远远大于其他激振频率时响应的峰值;浮置板轨道在移动荷载作用下,存在由荷载周期通过不连续浮置板和扣件而引发的参数激励;当移动谐振荷载激振频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,轨道结构也会产生较大的位移响应。     

简谐荷载作用下非饱和土地基中波阻板隔振效果研究

鉴于非饱和土地基振动问题的普遍性和复杂性,环境振动下非饱和土地基振动控制已成为土动力学的研究热点。基于单相弹性介质和非饱和多孔介质理论,对简谐荷载作用下非饱和土地基中设置单相固体波阻板的隔振效果进行了研究。考虑地表排水排气的边界条件,利用Fourier积分变换和Helmholtz矢量分解原理,建立了动荷载作用下地基动力响应的计算列式。分析了非饱和土地基中土体饱和度、荷载频率、波阻板的埋深、厚度以及弹性模量对其隔振性能的影响规律。结果表明：非饱和土地基中设置波阻板能够取得很好的隔振效果。地表位移幅值随饱和度和波阻板埋深的减小而显著降低,随荷载频率、波阻板的厚度和弹性模量的增大而明显减小。     

移动简谐荷载作用下Kerr地基梁的稳态响应研究

利用双重Fourier变换以及围道积分方法得到了移动简谐荷载作用下Kerr地基梁的稳态响应解答。梁为Euler-Bernoulli梁,利用频散曲线分析了地基梁的共振频率和临界速度。分析了列车运行速度、荷载频率、地基压缩系数和剪切刚度对梁挠度响应的影响,分析地基阻尼对地基梁临界速度和共振频率的影响。最后,建立地基-梁有限元模型,计算了静载和简谐荷载作用下梁挠度响应,与Kerr地基梁、Pasternak地基梁和Winkler地基梁的解析计算结果进行对比,发现静载作用下Kerr地基梁计算结果最为接近,Pasternak地基模型次之,Winkler地基梁误差最大,动载作用下地基梁模型仅在近处与有限元挠度时程响应结果较为接近。     

列车荷载作用下X形桩-网复合地基动力响应研究EI北大核心CSCD

基于大比例X形桩‑网复合地基模型,开展了高速铁路列车荷载下桩‑网复合地基的动力特性试验研究,分析了不同车速情况下地基土的振动速度、动应力和动位移的分布特性,探讨了循环荷载下轨道路堤地基系统的振动响应和路堤内部动应力的分布特征和衰减规律。采用PLAXIS 3D建立数值分析模型,研究了不同列车轴重及振动频率对路堤振动速度响应的影响,对比了无筋路堤与双层土工格栅加筋路堤在动荷载作用下桩顶与桩间土竖向应力的分布规律。结果表明:轨道板表面处竖向位移随时间呈“M”形周期性变化;竖向速度响应在路堤表层处最大,沿地基横向及深度方向逐渐衰减,在路堤中衰减了近90%。随着加载频率及加载幅值的增大,土体振动速度逐渐增大。动荷载对无筋路堤影响显著,土拱效应明显减弱,桩土应力比值随加载频率的提高逐渐减小。土工格栅加筋路堤张力膜效应能够减小动荷载对复合地基的影响。     

轴荷载作用下铁路交通地面振动的半解析法研究

根据波数域内分层地基波动方程的求解理论，推导铁路有砟轨道、无砟轨道与地基的耦合振动方程，得到了波数域内的统一表达形式。材料阻尼采用粘滞阻尼。利用Fourier变换，在频率。波数域内求解振动微分方程，再通过Fourier逆变换得到大地表面的振动响应。分析了轨道和地基之间的能量传递特征，简谐荷载对振动衰减的影响，并对列车轴荷载引起的地面振动进行了仿真分析。结果表明：铁路有砟轨道和无砟轨道与地基之间的动力作用有较大差别；在简谐荷载作用下，地面振动的衰减曲线出现波动；本文方法具有较大的计算域，可以模拟编组较长的列车通过时引起的地面振动。     

分数导数描述的层状饱和土中考虑扰动效应的直桩垂直阻抗

为了计算考虑施工扰动效应的单桩垂直阻抗,基于饱和多孔介质理论及分数导数理论对地基的复刚度传递多圈层平面应变模型进行改进,计算了径向非均质的桩周饱和土对桩身的垂直动刚度。其次基于Rayleigh-Love杆模型建立了考虑桩段横向振动效应的轴向振动微分方程,并利用传递矩阵法求解得到了层状饱和土中考虑土体扰动效应的桩顶垂直阻抗的半解析解。对考虑桩周土扰动效应下桩顶垂直阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明:①桩顶垂直阻抗的共振峰值会随着分数导数阶数的增大而减小,并且该效应会随着外荷载激振频率的增大而越发明显;②对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对桩顶垂直阻抗的影响;③与地基表层覆盖软土相比,表层覆盖硬土能在外激振荷载较低时提高桩顶的动刚度系数,在高频时降低系统的共振效应。     

打桩过程中桩的横向振动分析

利用Winkler地基土模型对锤击法沉桩时层状地基中预制桩建立了合理的力学模型。经过动力分析,给出了单桩在桩顶偏心动力竖向荷载作用下动力响应的数值解,并分析了激振强度、桩径、土对桩的水平地基反力系数以及土的粘滞阻尼系数等对桩动力响应的影响。为研究桩在强烈轴向和弯矩激振共同作用下的响应提供了初步的分析方法,特别对预制钢筋混凝土桩的设计和施工具有指导意义。     

路堤荷载下横观各向同性地基固结特性参数分析

采用各向异性弹性有限元法,系统分析了弹性各向异性参数特别是水平方向上的参数(水平向模量Eh,水平向泊松比νhh和剪切模量Ghv)取值对路堤荷载作用下地基固结特性的影响,包括地基中心沉降、地基水平位移、地基中的孔压消散以及平均固结度。研究结果表明:Eh的变化对路堤的沉降(特别是固结沉降)、路基的瞬时水平位移、孔压生成和消散以及总体平均固结度的影响显著;νhh的变化对路堤的固结沉降有显著影响;Ghv的变化对路堤的沉降、水平位移影响显著,而对孔压、总体平均固结度结果基本没有影响。     

永磁式动圈振动系统瞬态运动数值模拟

考虑磁场的不均匀性等因素对动圈振动的影响,利用ANSOFT Maxwell 2D电磁场有限元计算软件,对正弦电压激励条件下永磁式动圈振动系统的瞬态运动进行了数值模拟,并对不均匀磁场引起的位移谐波失真进行了分析。通过改变线圈的位置,可使位移谐波失真比由6％降为2．7％。     

海洋波力发电倒置摆系统的非线性振动实验研究

摘要：本文以振动基座上的倒置摆系统为研究对象,对该系统受竖向简谐激励作用时的非线性振动特性进行实验研究,探讨该系统应用于海洋波力发电的技术可行性,为海洋波力开发利用提供依据。实验设计倒置摆转动角位移采集系统,通过测试确定系统的阻尼、固有频率等,为数值模拟提供依据并指导倒置摆系统的振动实验。通过实测振动时域数据得到系统振动频谱及相图,证明该系统存在大阻尼条件下的大周期运动、共振状态下的周期振动和倒置摆稳定吸引域,这表明该模型具有海浪波力能源吸收好,消耗少的特点,同时表明该模型具有高效的动力输出能力．因此,振动基座上倒置摆模型在开发利用海洋波力能源发电中具有十分重要的应用前景。     

面波法检测地基波速中振源与测点的布置方法

在地面竖向简谐集中力作用下,利用轴对称有限元-无限元耦合模型计算了地表动力响应的相频特性,并由此系统地考察了由两点相位差确定R波速度的影响因素及其规律性。对匀质弹性地基的研究结果表明,为保证由不作P波和S波滤波处理的实测地表信号相位差求出的R波速度具有足够高的精度,点-源距和测点间距必须满足一定的要求;对高饱和度地基及当测点间距较小时,目前对振源和测点布置的常见做法会使检测结果出现较大的误差。结论对地基波速检测的面波法现场工作方法具有重要的指导意义。     

压路机激励下重载铁路路桥过渡段动力特性研究

以蒙华重载铁路某路桥过渡区为试验对象,开展压路机激励下过渡区的动力特性试验,研究过渡区动力响应的分布规律;建立考虑振动轮-路基耦合的动力分析数值模型,研究过渡区等效刚度分布及振动轮-路基面接触力变化特性.结果表明:随着路基深度增大,动应力扩散角逐渐减小,埋深0.2～3.0 m处扩散角在78.20～55.00,倒梯形过渡...     

下卧基岩饱和地基在移动荷载作用下的动力响应

基于Biot多孔弹性介质波动理论,在平面应变条件下研究了下卧基岩饱和地基在移动线荷载作用下的动力响应。通过引入势函数并利用Helmholtz原理,再经过Fourier变换和逆变换,获得了移动线荷载作用下饱和地基的位移、应力、孔隙水压力解答。最后通过快速逆傅里叶变化（IFFT）得到数值计算结果,详细分析了土颗粒的压缩性、孔隙水的压缩性、饱和土的剪切模量、孔隙率、渗透性、移动荷载速度和饱和土层厚度等参数对动力响应的影响     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

Dynamic penny-shaped crack in a transversely isotropic material

The scattering of a harmonic longitudinal wave by a penny-shaped crack in a transversely isotropic material is investigated using the techniques of Hankel transform. The wave impinges normally on the crack surfaces. A complete contour integration is employed to simplify the expressions of the results. An exact expression of the dynamic stress-intensity factor is obtained as a function of the frequency factor and the anisotropic material constants. The normalized dynamic stress-intensity factor is shown to have different maximum values at different wave frequencies for the sample composite and metallic materials. The distortion of the dynamic crack shape and the displacement at the crack center are also shown to be dependent of the wave frequency and the anisotropy of the material.     

不同应力波穿过多条非线性变形节理时的透射特性

基于节理非线性位移不连续模型,分析不同弹性纵波正向入射多条节理时的透射规律。利用半解析半数值解法得到透射初至波质点振动速度一维数值差分解,进而研究不同类型、不同振幅的入射纵波穿过多条节理时,初至波质点速度幅值、能量、频谱及时间延迟的变化特性。研究表明,透射能力由大到小的顺序为:矩形波、半正弦波、三角形波。速度透射系数、能量透射系数、透射波中高谐波频域幅值均随入射脉冲幅值增大而增大;延迟时间随入射波振幅的增大而减小,且三角波入射时的时间延迟大于半正弦波。随着节理条数的增加,速度和能量透射系数逐渐降低,且下降速度逐渐减慢;高谐波频域幅值先增大后下降,且下降速度逐渐减慢;时间延迟增大的速度逐渐加快。     

The wave propagation and vibrational energy flow characteristics of a plate with a part-through surface crack

In the view of structure-borne sound, vibrational wave and energy flow characteristics of infinite thin plate of finite width with a part-through surface crack are investigated. The case of an all-over part-through crack parallel to the finite side of the plate is considered. The crack is modeled as a line spring and the flexibility of the spring is deduced from the relationship between the strain energy and stress intensity factor in fracture mechanics. The responses of both intact plate and cracked plate under the excitation of harmonic force are reduced with wave propagation approach, then the input energy flow and transmitted energy flow of intact and cracked plates are calculated. The results show that the vibrational energy flow of cracked plate is highly related to the depth and location of the part-through crack. The location and the depth of the crack can be identified by the contour lines of normalized input energy flow with different driving frequencies. The research provides theoretical basis for the crack detection by measuring the vibrational energy flow in cracked plate structures.