有限幅波理论下小水线面双体船非线性波激振动研究

海浪是海洋环境中最为复杂的自然现象,其时空概率分布具有较大的随机性。随着船舶制造吨位、尺度的加大,以及船型的复杂化,船体总振动频率不断降低,以致与波浪激励力频率逐步靠近,进而带来了较为严重的波激振动问题。目前,主要从线性和非线性的角度对波激振动进行研究,已有的线性理论往往难以解释低频激励诱发的船舶高频波激振动现象。从引起波激振动激励的源头出发,指出有限幅波理论中含有高阶分量,在独立于船型情况下能有效地解释船舶在波浪中产生高阶振动的激励力来源;推导了受航速、航向、波高、波频等因素影响下的波浪激励力表达式,同时指出了评估波浪参数的决定方法。利用虚拟质量法完成了双体船流固耦合波激振动响应计算,对比了该船在不同波频参与激励下,船体振动响应的差异。结果表明:有限幅波中高阶成分可对船舶产生高频激励,微幅波理论在研究船舶高频振动方面具有一定的局限性。     

宽扁肥大船型波激振动响应研究

宽扁肥大船型由于其较"柔"的结构特性极易引起高频持续的波激振动响应,同时显著提高了应力幅值水平及循环次数,极大影响了船体结构安全性与可靠性。采用非线性水弹性时域计算方法以及模型试验方法对某艘宽扁肥大船型的波激振动响应特性进行分析;验证了该理论预报方法的有效性及可靠性,并讨论了其高阶波激振动响应对总载荷水平的贡献程度,表明在某些遭遇频率下其波激振动响应较大。在宽扁肥大船结构设计及审核阶段,必须考虑其波激振动成分的影响。     

Ibrahim时域法在船体振动模态参数识别中的初步应用

振动模态参数识别的Ibrahim法是近年来振动参数时域分析法的一种新发展。本文简要阐述了方法的原理和讨论了方法的实施,并以两万五千吨货轮“郑州号”在遭受波浪拍击后的船体自由衰减响应的应变记录为实例进行了首阶和二阶固有频率和阻尾的识别,并与传统的自由衰减记录的人工识别结果作了对比,说明了该方法在船体振动模态参数识别方面的应用前景和需要继续解决的问题。     

轴向力影响下大阻尼梁高频能量流响应解析模型

针对轴向力作用下大阻尼梁的高频振动问题,基于能量流分析方法构建高频动响应解析预报模型。推导梁结构的能量传递方程和能量损失方程,结合功率平衡方程构建轴向力影响下大阻尼梁的能量密度控制方程。以简支梁为典型算例,分析结构的能量密度响应,研究轴向力和结构阻尼损耗因子对高频能量流响应的影响。数值结果表明：提出的能量流响应解析模型渐进一致逼近基于波动分析法的经典模型解,可以准确预示轴向力作用下大阻尼梁的高频弯曲振动响应。随着梁结构轴向载荷和阻尼损耗因子的增加,能量密度自激励点向两端约束边界衰减速度提高。但是,梁结构的弯曲振动总能量随轴向载荷单调增加,而随阻尼损耗因子单调减小。     

风与地震载荷作用下集装箱小车低架桥结构耦合振动分析

外部环境激励下的车桥耦合振动严重影响着自动化码头集装箱小车-低架桥结构的安全和使用效率。针对该问题, 基于一元多维平稳随机过程数值模拟法实现轨道不平顺、风速场的时程模拟, 利用双协调自由界面模态综合法求解了车桥结构在轨道不平顺、轮对蛇行运动以及风、地震载荷激励下的耦合振动时域响应, 分析了风、地震载荷等对车桥耦合振动响应的影响, 并设计结构模型试验验证自激激励仿真结果。结果表明:1) 自由界面模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;2) 车桥竖向振动主要由小车移动加载引起, 自激激励是主因;风、地震载荷会大大增强横向振动, 车桥耦合振动响应随着小车速度、脉动风平均风速的增大而增大, 且对地震载荷的敏感程度大于工作状态风载荷;3) 小车复线运行时车桥耦合振动响应最大值大于小车单线运行时, 铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应。     

不同浪向下超大型船舶载荷响应特征的模型试验研究

探寻超大型船振动响应随不同浪向的变化规律对预报真实海况和后期的结构评估具有重要意义。在拖曳水池对某超大型集装箱船进行了分段船模斜浪试验,详细介绍了船模设计原则和斜浪试验测试系统,并通过改变船模分段数量来探究船体弹性效应对振动响应的影响,结果表明船体自身的弹性效应对颤振影响很大,船体固有频率小,更容易出现颤振现象。研究了各浪向下的弯矩响应和砰击压力时历曲线,并对不同成分的弯矩响应和砰击压力随浪向和波长船长比的变化规律进行了分析,经分析发现,迎浪是发生高频颤振最严重的浪向,而斜浪时的最大弯矩多发生在λ/(L·cosβ)=1.0附近。相对于低频波浪弯矩,高频载荷响应对浪向的变化更加敏感。     

基于弯扭组合的江海直达船舶波激振动模型试验研究

对于江海直达船此类大开口宽扁船的极限强度与疲劳分析中,垂向与扭转方向波激振动影响不容忽视;由于此类船舶既在长江河道航行又在沿海航行,且海况变化范围较大,船体梁的自振频率与遭遇频率及其倍频极易重合从而导致共振。目前该领域国内外开展的波激振动垂向弯矩方面的研究较多,大开口船舶扭转振动却并未有太多的进展,处于斜浪下的大开口船弯扭组合波激振动试验研究极为缺乏;考虑流体特性与结构动力特性相似情况下,开展了一系列分段梁模型的波浪载荷试验研究。通过一类U型测量梁对垂向与扭转刚度进行模拟满足固有频率特性相似,分析了不同航速对高低频成分的影响;探究江海直达船压载装载条件下的高低频垂向波浪载荷响应以及扭转波激振动响应特性,对理论计算及规范修正提供参考依据。     

船舶波浪载荷与砰击载荷的大尺度模型水弹性试验研究

波浪诱导船体梁的水弹性振动及外飘砰击载荷是船舶设计建造中所重点关注的结构强度及载荷响应问题。现有的船舶波浪载荷水池模型试验存在尺度效应明显、波浪环境不真实、模型航行范围受限等缺点。为此,提出了实际海浪环境下船舶大尺度分段自航模型的波浪载荷及砰击载荷试验技术,并详细介绍了大尺度分段模型水弹性试验设计及数据分析方法。介绍了弹性模型龙骨梁的设计及船体湿模态测试分析方法,基于近海测试数据分析了实海况下船舶波浪载荷与水弹性振动的短期预报及响应统计值,研究了三维海况下艏部砰击诱导的瞬态冲击载荷及全船颤振响应特性。     

桩与粘性阻尼土耦合扭转振动时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,从轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下弹性支承桩与土耦合扭转振动时的桩顶时域响应进行了理论研究,求得桩顶扭转角阻抗函数解析解,给出半正弦脉冲激振扭矩作用下桩顶速度时域响应半解析解.基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了分析,讨论了桩土耦合扭转振动条件下长径比、波速比、桩底支承条件等因素对桩顶时域响应的影响,探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响,得到若干新的结论.     

参数激励下深海立管多模态耦合振动特性分析

由于浮体升沉运动影响,引起立管在水平方向上发生参数激励振动。参激振动可以引起平衡位置的不稳定性,如果系统参数组合落在不稳定区域,将导致立管振动破坏。针对简谐参数激励,建立立管横向振动方程,考虑立管内部张力沿轴线变化,立管固有频率和振型发生变化,参激振动出现模态耦合效应。采用Floquet理论分析了立管无阻尼和有阻尼时的参激稳定性,计算了临界参数激励下的动力响应。与单模态参激振动对比表明,同等阻尼下,模态耦合参激振动不稳定区域显著增大,更易发生参激共振。多模态耦合参激振动发生时,小激励也能激起大响应,特别是弯曲应力将显著增大。     

多段式拖曳系统低张力缆段隔振方法研究

为抑制拖曳系统中振动沿缆传递对搭载探测设备的影响,建立了多段式的拖曳系统的动力学模型,通过对拖曳系统阻尼成分的分类结合振动传递的衰减定性模型的定性分析。依据成因将缆阻尼分为张拉结构阻尼、水流阻尼和空间扭转阻尼;改变低张力缆与拖曳体组合的设计变量,采用强迫振动的方法,计算振动传递响应特性。设计变量驱动阻尼成分变化,造成了性质不同的响应系统,考察阻尼器设计安装的隔振效应,发现了共振激励现象。     

桩与粘性阻尼土耦合纵向振动时桩顶时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体，土材料阻尼为粘性阻尼，从轴对称角度，对任意激振力作用下弹性支承桩与土耦合纵向振动时的桩顶时域响应进行了理论研究，求得桩顶位移阻抗函数解析解，给出半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩土系统的振动特性进行了分析，重点探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响，得到若干新的结论，最后将理论解与现场工程桩实测曲线进行了拟合对比，表明本文理论结果能够更好地反映客观实际。     

基于滞变阻尼模型的时域计算方法

复阻尼时域运动方程的自由振动解中包含发散项,导致时域数值计算结果不能稳定收敛。在复阻尼模型的频域运动方程基础上可得到滞变阻尼模型的时域运动方程。针对滞变阻尼模型的特点,依据复平面法和地震加速度的三角级数表达式,该文提出了滞变阻尼模型的时域理论计算方法;假定时间步长内结构的振动响应为简谐振动响应,同时借助于常平均加速度法,提出了滞变阻尼模型的时域数值计算方法。算例分析表明,与复阻尼模型的时域数值计算方法相比,滞变阻尼模型的时域理论计算方法和时域数值计算方法可有效避免时域发散现象;滞变阻尼模型的时域理论计算结果和时域数值计算结果与复阻尼模型的频域计算结果近似相等,进一步证明了该文方法的正确性。     

碟簧螺栓连接系统冲击响应分析

通过理论计算与有限元模拟,对设置碟形弹簧螺栓连接结构受阶跃冲击载荷响应进行分析。对比设置与不设置碟形弹簧时螺栓峰值应力,揭示碟形弹簧刚度及系统阻尼对螺栓响应影响。结果表明：峰值应力与蝶形弹簧刚度及系统阻尼有关,设置碟形弹簧、减小蝶形弹簧刚度、增大系统阻尼均能降低螺栓峰值应力,且能迅速衰减冲击产生的振动。     

非线性阻尼非线性刚度隔振系统参数识别

针对同时含有非线性刚度、非线性阻尼的振动系统,提出了两类参数识别方法。第一类方法是基于非线性振动系统中的振幅跳跃现象,通过跳跃点的测量得出振幅跳跃点的激励频率和幅值,用谐波平衡法识别出非线性振动系统的非线性刚度、非线性阻尼参数。第二类方法是涉及时域响应,通过希尔伯特变换获得非线性系统自由振动的响应幅值和相角,结合双非线性振动系统在瞬态激励下的解析解,获得系统的非线性刚度和阻尼。以非线性刚度非线性阻尼隔振系统为例,通过数值模拟对给出的两类参数识别方法加以验证,并对结果进行较比,识别参数相吻合。可以为实验条件下,含非线性刚度、非线性阻尼隔振系统的参数识别提供理论指导。     

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型EI北大核心CSCD

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。     

旋转机械油膜涡动稳定性特征提取与监测方法

结合经验模式分解（EMD）、随机减量技术（RDT）和遗传算法（GA），提出一种用于旋转机械油膜稳定性在线监测的特征提取方法。用经验模式分解从原始振动信号中分解出与油膜稳定性有关的低频分量，用随机减量技术从该低频分量中提取出自由衰减响应，然后采用遗传算法从自由衰减响应中拟合出系统的阻尼比作为稳定性参数。方法已应用于离心压缩机组油膜稳定性的在线监测，结果表明用本方法提取的特征参数能够有效地反映油膜稳定性状态，可对油膜稳定性裕度进行趋势分析，实现稳定性的在线监测和预报。     

实心和空心滚子结构阻尼的动态分析

结构阻尼是结构动力分析的重要参数之一,运用有限元方法研究实心和空心滚子在冲击载荷作用下的动态响应,并用傅立叶变换处理自由衰减中不同起点的两段相同长度的数据,求得滚子的结构阻尼,分析了滚子在不同冲击载荷、结构参数和材料参数下的阻尼特性。通过对滚子本身结构阻尼特性的研究,为轴承的振动研究提供了理论基础。     

基于能量辐射传递法的功能梯度板高频振动响应分析

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method, RETM)推广到功能梯度板模型中,以预测结构的高频振动响应。基于一阶剪切变形理论推导了功能梯度板的振动控制方程,获得了波传播特性参数。在该方法中,结构内部的能量响应由激励产生的直接场与边界虚源产生的反射场叠加得到。在临界频率以下,能量响应由一种传播波控制;而在临界频率以上,由三种传播波控制。数值算例结果与模态叠加法和功率流分析进行了对比,验证了RETM在计算不同物理参数下功能梯度板高频振动响应的准确性。研究了不同厚度下剪切变形和转动惯量对能量响应的影响,讨论了材料梯度因子、结构阻尼和激励频率对高频振动能量的影响。结果表明,材料梯度因子的变化会导致结构波传播特性和能量分布特征的变化,越大能量的衰减速度越快,衰减幅度越大。     

基于NES的空间桁架结构被动减振研究

该文利用等效方法将由众多杆件构成的、离散的空间直线式桁架等效为连续梁,对等效梁附加NES(非线性能量阱)的桁架结构进行瞬态减振研究。通过等效方法将梁式桁架结构建模为等效线性连续系统(有限长度梁),并用有限元模型对其进行了验证。建立了含NES附件的等效悬臂梁的振动控制方程,并采用伽辽金法进行离散,分别分析了附加和不附加NES附件的梁在外激励下的横向振动位移响应。通过计算NES附件附着在结构的不同位置条件下的外激励响应,研究了NES对结构的振动抑制作用。此外,还研究了不同质量的NES附件在不同位置时结构的外激励响应,得到了NES附加质量对减振效果的影响。从结果可以看到,NES附件可以减弱X型桁架在瞬态激励作用下的响应,且当NES附件的质量增加时,系统的振动振幅下降更快,NES附件的能源消耗效率更高。同时还对比了NES被动减振和线性刚度阻尼减振器(TMD)的减振效果。结果表明,在附加NES的结构中,在激励发生后的5 s左右时,结构振幅的衰减就达到了可观的程度,振幅下降的趋势更为陡峭,体现了NES优于线性刚度阻尼减振的良好减振效果。并通过实验验证了不同质量的NES附件的衰减效果,在梁的自由端施加相同的位移激励幅值(15 mm),在此情况下,NES附件的质量越大,悬臂梁结构的瞬态响应衰减效率越高。实验结果与理论计算结果吻合较好。