大跨度柔性斜拉-悬索体系风致静动力响应研究

在风作用下大跨度斜拉-悬索体系具有明显的三维流动特点, 其风效应较为复杂, 同时斜拉-悬索体系跨度大、刚度小、对风作用较为敏感, 易产生风致振动。该文以空中客车系统为工程背景, 首先通过1∶1足尺节段模型风洞试验得到主缆和轨道的气动力系数, 然后在分析风、主缆、轨道三者相互作用的基础上, 对有限元分析软件ANSYS进行二次开发, 建立风、主缆、轨道非线性空间分析模型, 通过风荷载的自动加载, 实现风致静动力响应全过程仿真模拟, 从而得到主缆、轨道的静动力响应。计算结果表明, 结构整体表现较柔, 在设计风速下轨道和主缆横向位移较大, 结构横向总响应较竖向总响应要大得多, 结构总响应以横桥向为主。研究结论可为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供依据。     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基础微分方程近似推导

按连续体的方法描述自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向荷载作用下的结构静力行为。基于分区广义变分原理,考虑了主梁和主塔的压弯耦合效应,建立了三跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥的大位移不完全广义势能泛函,通过变分导出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的基础微分方程。以一座自锚式斜拉-悬索协作体系桥为例,求出其解析解,并与数值解相互比较,二者比较接近。所得基础微分方程可以用于自锚式斜拉-悬索协作体系桥的初步分析,并为阐述此类桥型的结构静力行为提供理论依据。     

大跨越输电塔-线在线路脱冰作用下的振动

输电线路覆冰后的脱冰动力分析十分复杂.以某1 000 kV大跨越为工程背景,借助非线性有限元方法建立塔-线耦合模型.为了考虑线路覆冰的弯曲刚度,采用梁单元模拟覆冰,采用单元生死法模拟脱冰,分析塔-线体系对线路脱冰的动力响应.结果表明,线路覆冰后体系的低阶振型基本没有变化,而自振周期变长了;地线脱冰后体系的振动响应衰减较快,而导线脱冰后体系的振动响应衰减较慢.同时,输电塔的位移响应,脱冰50%比脱冰100%时小,而对跨中电线的跳跃幅值,脱冰50%比脱冰100%时大.     

重载列车引起的大跨度斜拉桥拉索振动研究

采用子结构法研究了重载列车引起的大跨度铁路斜拉桥拉索非线性振动问题。首先基于线性桥梁空间有限元模型,采用车-桥耦合动力学理论计算得到斜拉索锚固点动力响应;然后将该动力响应作为斜拉索端部激励,采用自编的基于CR列式法(Co-rotational Formulation)的拉索非线性动力有限元程序,计算斜拉索非线性动力响应。以荆岳铁路洞庭湖三塔斜拉桥为例,开展了车致斜拉桥拉索振动分析,结果表明:在设计时速范围内,重载列车作用下,斜拉桥索端激励与拉索固有频率两者不存在明显的匹配关系,车致拉索振动响应为一个准静态过程;通过进一步对比不同计算方案,即车-桥耦合振动、移动轴重瞬态分析与移动轴重影响线加载对拉索响应的影响,发现对于大跨度铁路斜拉桥而言,由于车-桥耦合振动效应不显著,采用移动轴重影响线加载方法得到的拉索应力结果具有足够精度。     

大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究

将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,基于风-车-桥系统空间耦合分析模型,以一大跨度公轨两用悬索桥为例,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)分析了风荷载作用下桥梁和车辆的动力响应,讨论了风速、车速及轨道交通布置方式等因素的影响;同时,基于合理的列车运行安全性和舒适性评价指标,对列车通过该桥时的走行安全性与舒适性进行了分析,得出了该悬索桥的抗风行车准则:当风速小于20m/s时,车速可达设计车速80km/h;当风速介于20m/s和25m/s之间时,车速不能大于60km/h;当风速大于25m/s时,应封闭轨道交通。     

基于接触非线性的车-路耦合系统动力响应分析

采用四分之一车辆模型和三维线弹性沥青路面模型,借助ANSYS有限元分析软件,将车、路有限元模型通过接触单元联系在一起,进行了接触非线性瞬态求解。分析了车辆匀速行驶过一段路面时车-路耦合系统的动力响应特点。通过修改系统参数,计算分析了行车速度、路面平整度、基层模量、轮胎刚度、轮胎阻尼、悬架刚度、悬架阻尼等七个参数对车-路耦合系统动力响应的影响。最后分析了车-路耦合系统的共振问题。结果表明：在文章给定的路面结构组合下,最大纵向拉应力和最大横向拉应力均出现在基层和底基层结合处,容易导致疲劳破坏的产生;沥青面层层底剪应力是导致其破坏的主要原因;控制协调好车-路耦合系统中的各个参数,对提高路面寿命和行车舒适性有重要意义;车-路耦合系统的共振问题不容忽视。     

三塔斜拉-自锚式悬索组合结构成桥状态计算方法

由于斜拉-自锚式悬索组合结构桥型比较特殊，现有的斜拉桥和悬索桥计算合理成桥状态的方法己经不再适用，为了找寻斜拉-自锚式悬索组合结构的合理成桥状态方法，以三塔斜拉-自锚式悬索组合结构桥为例，进行了成桥状态计算方法研究，提出了组合结构的分步成桥状态法。     

索端激励对斜拉索风雨致振动性能的影响

实际斜拉索的振动可能是风-雨致振动和参数振动的组合, 索端激励对斜拉索风-雨致振动性能有一定影响。将索端激励转化为作用在斜拉索上的弹性力和惯性力, 建立了斜拉索风-雨致振动和参数振动的组合分析模型, 在讨论了参数振动模型和斜拉索风-雨致振动的特性后, 探讨了索端激励对风-雨致振动振幅、水路运动以及达到最大振幅所需时间的影响。结果表明:在一定的频率范围内, 索端激励的存在会改变斜拉索风-雨致振动幅值和水路运动幅值随时间变化的特性, 并能促进斜拉索风-雨致振动的发生。     

轨道梁特性对磁浮车轨相互作用研究

为缓解磁浮系统车轨耦合振动,目前往往采用增大轨道梁质量的方法来降低车轨系统耦合所带来的不利影响,但在研究过程中却忽略轨道梁刚度及车辆运行速度的变化对车桥振动的影响。为此,该文首先介绍磁浮轨道梁结构、特性要求以及车轨相互作用方式;然后采用车辆轨道垂向耦合动力学模型,仿真分析轨道梁刚度和车辆运行速度对磁浮车辆与轨道之间相互作用的影响。研究表明:轨道梁刚度对车轨振动响应影响较大,同时车速的影响也不能忽略。为以后轨道梁设计、安装及分析磁浮车轨相互作用提供一定的参考价值。     

基于面接触的车桥耦合振动研究

现有分析车-桥耦合振动的研究中都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触。事实上,轮胎与路面是通过面接触的。通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响,将车轮与路面的接触面模拟为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。对车速、车轮刚度与阻尼、接触面尺寸大小、车辆数目等进行参数分析,研究了接触面对车-桥耦合振动的影响。数值计算与试验结果验证表明:所提出的模型能更准确合理的研究车桥耦合振动。     

风汽车桥梁系统耦合振动及行车安全性分析

强风不仅是长大桥梁设计的控制性因素,而且直接影响到桥上车辆的运行安全。将自然风、公路车辆、桥梁作为一个统一的相互作用系统,在风-汽车-桥梁系统耦合振动分析的基础上,针对车辆侧倾事故和侧滑事故的评判准则,采用概率统计方法提高了风致车辆事故分析的可靠性。结合工程实例对强风作用下桥梁的动力响应和车辆的运行安全性进行了分析。计算得到了给定的车速条件下厢式货车的侧倾临界风速及干、湿、雪、冰四种路况情况下的侧滑临界风速,提出了适用于交通安全策略管理的强风天气条件下桥上车辆限速标准。     

风电叶片双轴疲劳加载系统振动分析

多轴疲劳加载可使风电叶片各截面的试验载荷更等效实际所受疲劳载荷,缩短试验周期。针对风电叶片双轴疲劳加载系统,建立系统的动力学模型,列出动力学方程,再对振动体的运动轨迹仿真求解,得出运动轨迹图形。在此基础上,分析系统出现机电耦合的原因。利用试验装置验证,为多轴疲劳系统的应用提供理论依据及试验验证,也为后续的风电叶片疲劳加载试验打下基础。     

大跨度桥梁抗风技术挑战与基础研究

以我国30年大跨度桥梁的快速发展为研究背景,对3种大跨度桥梁的抗风技术挑战进行了基础性研究和应用性研究,着重探讨了悬索桥的颤振性能及其控制、斜拉桥风振性能与拉索风雨振控制、拱式桥涡激共振及其控制、特大桥梁风振精细化理论等一系列抗风关键问题。研究结果表明:悬索桥的颤振稳定性跨径上限约为1 500 m,超过甚至接近这一上限时,必须采取措施改善加劲梁的抗风稳定性;千米级大跨度斜拉桥仍具有足够高的颤振临界风速,其主要抗风问题是长拉索的风雨振动;大跨径拱桥除了个别有涡振问题之外,还没有受到结构抗风性能的影响。文章还提出了三维桥梁颤振精确分析的全模态方法、任意斜风作用下桥梁抖振频域分析方法、基于二阶矩理论和首次超越理论的桥梁颤振和抖振可靠性评价方法,揭示了桥梁颤振演化规律、驱动机理和控制原理。     

高层钢结构TMDs风振舒适度控制最优参数与简化设计

分别将脉动风视为白噪声和采用Davenport风速谱，基于建筑荷载规范GBJ9－87，导出了高层钢结构－TMD系统减振系数DRF1和DRF2。数值研究表明；高层钢结构的基本周期和基本风压不影响TMDs最优设计参数；将脉动风设为白噪声或采用Davenport风速谱时，TMDs最优设计参数未有改变，但减振系数略有变化。同时，基于导出的高层钢结构TMD－系列加速度传递函数及加速度动力放大系数，研究了TMDs最优参数取值。提出了高层钢结构TMD风振舒适度控制简化设计过程。数值算例说明了本文方法的应用及TMDs对高层钢结构风振舒适度控制的有效性。比较了基于位移和加速度设计的TMDs系统。     

电动汽车智能充放电控制与应用综述

随着电动汽车规模的增大,电动汽车接入电网对电力系统运行与控制的影响不容忽视。电动汽车作为一种可控负荷,对其进行充放电控制可以有效削弱充电负荷带来的不利影响,同时还能起到削峰填谷、促进新能源消纳的作用,这将成为电力系统运行控制的一种重要手段。给出了充电负荷建模需要考虑的因素,总结了建立电动汽车负荷预测模型的方法。归纳了电动汽车参与电网调度的可行方法,并分析了不同方法的特点。同时,为了提高电动汽车参与调度的积极性,介绍了用区块链完成电动汽车电力交易的架构与方法。最后,对尚未解决的问题和可能的研究方向进行了讨论。     

台风作用下高耸结构动力响应及风振控制分析

高耸结构柔性较大,对风荷载较为敏感,相比一般风的影响,台风作用下的结构更易产生强烈的动力响应。考虑台风的基本特性,选取合适的台风风速谱,运用数值模拟方法,仿真得到了与结构竖向相关的18条脉动风载时程样本。利用有限元软件ANSYS建立某高耸钢塔结构三维空间有限元模型,并在时域内对设置粘滞阻尼器的结构进行控制效果分析,得到最优粘滞阻尼系数。研究表明：编制的MATLAB程序可较好的模拟高耸结构的台风脉动风载时程,风速时程的功率谱与目标值吻合得较好;设置粘滞阻尼器后结构的位移和加速度响应均有明显的减小,粘滞阻尼器是一种性能很好的阻尼器。     

大跨径桥梁静风稳定参数的敏感性分析

随着桥梁跨径的不断增大,桥梁结构质量越来越轻、结构刚度越来越小、结构阻尼越来越低,从而导致了对风致作用的敏感性越来越大。基于风洞试验测得的主梁静力三分力系数,在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,对大跨径悬索桥以及大跨径斜拉桥进行了静风失稳全过程分析;然后分别考察了三分力系数、初始风攻角、桥塔风荷载、缆索风荷载以及边跨风荷载等参数对大跨径缆索承重桥静风稳定性的敏感程度。     

汽车半主动空气悬架参数自调整模糊控制

建立两自由度1/4车辆半主动空气悬架的非线性动力学模型，提出一种基于参数自调整的模糊控制系统结构的模型，并以C级路面为随机输入，对空气悬架系统进行了仿真分析。研究结果表明：该控制方法能够使车身垂直振动加速度、悬架动挠度和车轮动载荷得到较大的衰减，提高了汽车的操纵稳定性能和平顺性能。