大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行了风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展了大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析了不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较了几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明：考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。     

大跨屋盖结构脉动风振响应特性预测方法研究

基于结构脉动风振响应计算的三分量(背景、共振及其耦合项)完全组合思路,提出一种大跨屋盖结构脉动风振响应特性预测方法,据此实现结构脉动风振总响应的高效精准计算。引入应变能的概念,综合考虑结构所有节点上三分量响应对脉动风振总响应的贡献,定义各响应分量应变能预测系数,为了避免直接计算各响应分量具体数值,根据大跨屋盖结构各响应分量传递函数和风荷载谱特征,对各响应分量表达式进行简化处理,实现只需借助几个简单的风荷载参数和结构动力特性参数就能方便地得到各响应分量应变能预测系数。根据各响应分量应变能预测系数取值情况,将大跨屋盖结构脉动风振响应特性划分为I~VI类,在此基础上,制定与风振响应特性类型相对应的脉动风振总响应组合求解策略。以国家网球中心莲花球场屋盖结构为例,进行结构脉动风振响应特性类型预测以及风振响应组合计算。结果表明:所提方法能够方便地预测结构脉动风振响应特性类型;据此组合计算的脉动风振总响应与精确值吻合较好。     

高耸格构式结构风振数值分析及风洞试验

以１８３ｍ高的某跨江输电铁塔为原型，设计制作了全塔气动弹性模型，对高耸格构式结构的风荷载及风振响应进行了风洞试验研究，获得了风振响应和风振系数等重要结果，并采用空间桁架模式，考虑风与结构耦合作用的影响，在频域中进行了随机风荷载作用下的风振响应数值计算机分析。     

雷暴风激励下简支梁式屋盖结构的风振响应参数化分析EI北大核心CSCD

基于时域分析方法对简支梁式屋盖结构在雷暴冲击风作用下的风振响应进行参数化研究。利用混合随机模型对雷暴冲击风强风荷载进行数值模拟,其中平均风采用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟,脉动风采用基于Kaimal目标谱的自回归AR模型模拟,谱分析结果表明雷暴风模拟结果具有较好的精度;分析了结构主要参数和雷暴风参数对结构风振响应的影响,结果表明:结构刚度、跨度、最大风速半径及风暴移动速度对结构的风振响应影响较大。针对雷暴风中平均风和脉动风响应均随时间变化的特性,采用基于包络概念的整体风振系数计算方法,分别研究了不同参数下的整体位移风振系数和整体荷载风振系数,结果表明,采用结构整体位移风振系数进行雷暴风等效静风荷载分析具有更高的精度。     

雷暴风激励下简支梁式屋盖结构的风振响应参数化分析

基于时域分析方法对简支梁式屋盖结构在雷暴冲击风作用下的风振响应进行参数化研究。利用混合随机模型对雷暴冲击风强风荷载进行数值模拟,其中平均风采用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟,脉动风采用基于Kaimal目标谱的自回归AR模型模拟,谱分析结果表明雷暴风模拟结果具有较好的精度;分析了结构主要参数和雷暴风参数对结构风振响应的影响,结果表明:结构刚度、跨度、最大风速半径及风暴移动速度对结构的风振响应影响较大。针对雷暴风中平均风和脉动风响应均随时间变化的特性,采用基于包络概念的整体风振系数计算方法,分别研究了不同参数下的整体位移风振系数和整体荷载风振系数,结果表明,采用结构整体位移风振系数进行雷暴风等效静风荷载分析具有更高的精度。     

大跨屋盖结构风振响应参数灵敏度分析

对典型大跨屋盖结构风振响应开展参数灵敏度研究,目的是定量评估各种不确定因素对结构风振响应不确定性的贡献率,获得不确定性在风荷载与风振响应间的传递规律。首先结合Sobol'方差分解法和拉丁超立方抽样技术建立适用于大跨屋盖结构的全局灵敏度分析方法,通过多次采样风洞试验获得大量脉动风荷载时程,作为灵敏度分析的输入变量。合理建立结构参数概率统计模型,分别应用局部和全局灵敏度分析方法对典型大跨屋盖结构极值风振响应进行了参数灵敏度分析,研究发现:多个参数共同随机变化时,结构极值风振响应近似服从广义极值分布;结构风振响应的不确定性主要受风荷载不确定性控制;结构风振响应的参数灵敏度与共振响应在总响应中的比重有关,共振响应占比越大,结构对风荷载越敏感。     

大跨柔性空间结构风压和耦合风效应分析

研究大跨柔性空间结构的表面风压和流固耦合风效应.引入流体运动控制方程和大涡模拟湍流模式,提出风与结构的流固耦合方程的迭代求解过程.提出张拉索膜结构的加载预应力态、稳定态和耦合态等三个受载状态概念和统一形式的动力方程表达.以某典型索穹顶结构为例,采用以风时程为荷载的动力响应时程方法、单向耦合算法和双向耦合算法,开展结构风效应的数值计算和比较.研究发现,动力响应时域方法和单向耦合算法的结构平均位移计算结果基本相同,但前者的结构风振系数较大.双向耦合算法的结构平均位移计算结果小于前两种方法,但风振系数在三种方法中最大.     

大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载

为解决大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中存在的多个响应目标等效问题,对多目标等效静力风荷载分析方法进行了研究。根据结构风振响应特性,基于LRC法基本原理推导了构造大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载的基本分量,包括背景分量、共振分量及其二者的耦合项分量,该基本分量能够实现与风振响应各分量的完全对应。在此基础上,建立了多目标等效静力风荷载的求解方程,同时为限制奇异荷载的出现,引入了边界条件方程,据此求解得到了能够满足大跨屋盖结构多个响应目标的等效静力风荷载。为提高精度,还根据目标响应与静力响应间误差对求得的多目标等效静力风荷载进行修正。最后,采用所提方法对国家体育场大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载分析计算表明,所得等效静力风荷载作用下结构静力响应与多目标响应吻合较好,验证了所提方法的有效性。     

大跨度平屋面的风振响应及风振系数

本文在有限元分析的基础上建立了大跨度平屋面结构在风荷载作用下的风振响应谱分析方法,并采用Davenport谱和由风洞试验得到的屋盖表面的平均风压分布系数计算了屋面的风振响应及风振系数。文中还深入探讨了屋面刚度、来流风速及风向等参数对大跨度平屋面竖向风振响应及风振系数的影响。计算表明:① 大跨度平屋面的竖向风振响应主要是由第一振型所支配,高阶振型对屋面板竖向风振响应的影响很小;② 屋面刚度及来流风速对大跨度平屋面的竖向风振响应影响比较大,但对位移风振系数的影响不太明显;③ 在工程设计中,建议采用位移风振系数来计算大跨度平屋面的等效静力风荷载。     

考虑风振响应特性的多目标等效静力风荷载实用分析方法

针对大跨屋盖结构风效应分析理论框架中不同环节相应分析方法众多且未能较好协调统一的问题,以最后环节的等效静力风荷载求解为目标,提出一种考虑风振响应特性的多目标等效静力风荷载实用分析方法.基于脉动风振背景响应、共振响应及其耦合项组合结果,利用LRC法基本原理推导构造多目标等效方程的基本向量,实现与脉动风振响应完全协调对应,...     

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。     

并联管道耗散模型的理论研究

多通道测压管路是获得实验模型表面多个邻近测点平均风压时程的必要测量系统．其测量结果对于计算结构风振响应具有重要意义。为了准确地计算多通道测压管路系统的频率响应函数，本基于电路传输线理论，推导了可用于并联管道的耗散模型，进一步完善了原先只能用于串联管道的耗散模型．为今后深入分析多通道测压管路系统打下了理论基础。接着利用并联管道的耗散模型与Bergh—Tijdeman方程对几组不同管路系统的频率响应函数进行了计算，并将两个方程的计算结果与实验值进行比较，结果表明两个方程计算的结果完全一致，并与实验值吻合得很好。中进一步指出较之递归式的Bergh-Tijdeman方程，非递归式的耗散模型运用起来更加方便。     

Free Vibration Analysis of Generally Layered Composite Beams with Arbitrary Boundary Conditions

A hyperbolic shear deformation theory is used for the free vibration analysis of generally layered composite beams with arbitrary boundary conditions. The variationally consistent governing differential equations and boundary conditions are derived by employing Hamilton's principle. The dynamic stiffness method is applied to calculate the vibration frequencies of the laminated beams with the help of Wittrick–Williams algorithm. Examples of application of the hyperbolic shear deformation theory for the free vibration analysis of the laminated beams with a couple of different boundary conditions are presented. The present results are compared to the numerical solutions and experimental results available in the literature.     

The continuous crack flexibility model for crack identification

The presence of a crack in a structural member introduces a local flexibility that affects its dynamic response. Moreover, the crack will open and close in time depending on the loading conditions and vibration amplitude. The changes in dynamic characteristics can be measured and lead to an identification of the structural changes which eventually might lead to the detection of a structural flaw. The results of various independent evaluations of changes in the natural frequency of vibrations of cracked structural elements are reported. A crack model of a continuous flexibility, found with fracture mechanics methods using the displacement field in the vicinity of the crack developed recently is used here. The analytical results for the cracked elements behaviour based on the continuous crack flexibility vibration theory were correlated with numerical solutions, the lumped-crack beam vibration analysis and experimental results obtained on aluminium and steel beams with open cracks.     

Theoretical, numerical, and experimental investigation on resonant vibrations of piezoceramic annular disks

In this study, vibration characteristics of thin piezoceramic annular disks with stress-free boundary conditions are investigated by theoretical analysis, numerical simulation, and experimental measurement. The nonaxisymmetric, out-of-plane (transverse), and axisymmetric in-plane (tangential and radial extensional) vibration modes are discussed in detail in terms of resonant frequencies, mode shapes, and electrical currents. Two optical techniques, amplitude-fluctuation electronic speckle pattern interferometry (AF-ESPI) and laser Doppler vibrometer (LDV), as well as the electrical impedance measurement are used to validate the analytical results. Both theoretical and experimental results indicate that the transverse and tangential vibration modes cannot be determined by the impedance analysis; hence, only resonant frequencies of extensional vibration modes are presented from the impedance analyzer. The LDV system is used to measure the resonant frequencies of transverse vibrations. However, both the transverse and extensional vibration modes and resonant frequencies of piezoceramic annular disks are obtained by the AF-ESPI method, and the interferometric fringes are produced instantly by a video recording system. Numerical results obtained by finite-element calculations are compared with those from theoretical analysis and experimental measurements. It is shown that the theoretical predictions of resonant frequencies and the corresponding mode shapes agree well with the experimental results. Good agreement between the predicted and measured electrical impedance also is found. The dependence of resonant frequencies and dynamic electromechanical coupling coefficients on the inner-to-outer radius ratio also is analyzed and discussed in this study.     

露天爆破振动对临近建筑的动力响应及降振措施研究

为有效解决露天采场中深孔爆破振动对临近建筑可能产生的破坏问题。首先采用爆破振动信号测试系统对露天石灰石采场爆破振动进行两次实时监测,并且对原爆破参数下监测的爆破振动数据进行一元线性回归分析,得出该采场爆破振动波传播衰减规律。同时运用动力有限元数值分析方法,探讨爆破荷载作用下采场中深孔爆破振动对临近建筑的动力响应,最后将动力响应数值分析结果与现场监测结果进行对比分析。研究表明：动力响应数值分析方法得出的爆破振动速度波形图与现场监测所得基本一致,爆破振动速度和加速度的动力响应数值分析结果在变化规律和趋势上基本相似,改变露天爆破的起爆顺序以及爆破方向,对于降低爆破振动可以起到良好的效果。     

大型射电望远镜悬挂馈源舱体结构的振动控制

将结构被动控制技术推广应用于射电天文领域，提出拉索－吊重振动控制方案，控制新一代大型射电望远镜悬挂馈源舱结构的风险振响应，首先，由非线性静力分析确定结构初始静态参考位形和初应力。其次，针对结构特点模拟作用在悬索和馈源舱上的随机风荷，在上述模型的基础上，在时域中模拟分析稳定索系对结构风振的抑制效果，同时，通过典型节点时域响应的FFT变化，绘出响应自动功率谱，进一步描述了振动控制的效果。     

多点双层主被动一体化隔振器设计与仿真

为保证飞行器敏感仪器的精度,提出一种压电堆橡胶组合隔振器。对压电堆作动器和橡胶隔振器进行设计,提出一个多点支撑双层主被动一体化隔振系统,建立隔振系统的动力学模型,应用改进后的线性二次型（LQR）经典最优理论对双层隔振系统进行主动控制算法设计,并基于Simulink对正弦激励和随机激励情况分别进行了数值仿真分析。仿真结果表明,所设计的隔振器能够大幅度隔离源自基础的激励,证明所研究的隔振方法在理论上是有效的和可行的,从而为进一步的实验研究奠定基础。     

Theoretical analysis and experimental measurement for resonant vibration of piezoceramic circular plates

Based on the electroelastic theory for piezoelectric plates, the vibration characteristics of piezoceramic disks with free-boundary conditions are investigated in this work by theoretical analysis, numerical simulation, and experimental measurement. The resonance of thin piezoceramic disks is classified into three types of vibration modes: transverse, tangential, and radial extensional modes. All of these modes are investigated in detail. Two optical techniques, amplitude-fluctuation electronic speckle pattern interferometry (AF-ESPI) and laser Doppler vibrometer (LDV), are used to validate the theoretical analysis. Because the clear fringe patterns are shown only at resonant frequencies, both the resonant frequencies and the corresponding mode shapes are obtained experimentally at the same time by the proposed AF-ESPI method. Good quality of the interferometric fringe patterns for both the transverse and extensional vibration mode shapes are demonstrated. The resonant frequencies of the piezoceramic disk also are measured by the conventional impedance analysis. Both theoretical and experimental results indicate that the transverse and tangential vibration modes cannot be measured by the impedance analysis, and only the resonant frequencies of extensional vibration modes can be obtained. Numerical calculations based on the finite element method also are performed, and the results are compared with the theoretical analysis and experimental measurements. It is shown that the finite element method (FEM) calculations and the experimental results agree fairly well for the resonant frequencies and mode shapes. The resonant frequencies and mode shapes predicted by theoretical analysis and calculated by finite element method are in good agreement, and the difference of resonant frequencies for both results with the thickness-to-diameter (h/D) ratios, ranging from 0.01 to 0.1, are presented.     

关于线性和非线性系统内在的本质联系——多自由度非线性系统的定量和定性分析

多自由度非线性振动问题是历史性国际难题,其求解方法有数值解和渐近解析解或两者结合.基于近代有限元和子结构模态综合法的动力学建模方法,获得非线性系统动力学微分方程,其自由度几乎没有限制,对左端首次近似齐次方程进行模态分析,选取对响应有贡献的部分本征对,同样对右端激励和非线性伪力作模态变换,得到减缩后非线性系统耦合动力学微分方程.用数值方法求出系统非线性响应进行定量分析,也可获得在指定参数的变动中可能发生的主谐、超谐、亚谐和组合共振,极限环和分岔、混沌等各种非线性振动现象,但其缺点是不能作一般性定性分析.渐近解析解可进行分岔混沌现象的定性分析,但迄今只限于单、两自由度系统.若系统进入共振状态,系统响应相应急剧增加到大振幅振动,振动从微幅线性振动过渡到大幅非线性振动,因之系统运动主要由所涉及的各阶单一主模态所控制.这可称为"单模态共振理论".当发生共振时,单模态理论可把多自由度系统变换为解耦的多个单自由度系统,因之可采用渐近解析法逐个进行分岔混沌等定性分析,这就克服了高自由度非线性系统定性分析的困难.为了剖析线性和非线性系统内在的本质联系,论证了首次近似表征线性系统特性的主模态是沟通线性振动和非线性振动之间的桥梁,揭示了高自由度线性振动和非线性振动都是以线性主模态呈现其运动规律.