考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析

摘要：研究了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统在参数具有随机性时作大范围运动的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形位移响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明：利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

考虑附加质量的旋转柔性梁动态可靠性分析EI北大核心CSCD

在带有附加质量的旋转柔性梁系统动态可靠性分析中,为了提高其计算精度和计算效率,提出了一种基于单项式容积法(Monomial Cubature Rules,MCR)的随机响应面法(Stochastic Response Surface Method,SRSM)。该方法利用MCR的积分点作为样本点,并以此生成柔性梁系统动态响应的小样本对,基于这些样本对和SRSM回归理论,建立柔性梁系统动态响应可靠度隐式功能函数的代理模型,使用该代理模型对柔性梁系统进行动态响应可靠性分析。通过与传统的蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法和改进的概率配点法(Efficient Collocation Method,ECM)比较,表明了该方法在柔性梁系统动态响应可靠性分析中的高效率和高精度。在取相同变异系数的条件下,柔性梁截面宽度参数的分散性对系统动态响应的可靠性影响较大。     

含随机参数的空间柔性梁动力学模型

研究含随机参数空间柔性梁作大范围运动的动力响应问题。基于虚功原理建立随机参数空间柔性梁动力学模型,利用多项式混沌结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,通过可变秩法获得响应函数展开多项式系数,进而获得柔性梁变形响应量数字特征。以物理、几何参数具有随机性自旋空间柔性梁为例,获得动力响应统计意义下的解,通过与Monte Carlo法结果比较,验证该方法的正确性及有效性。计算结果表明,利用随机参数的动力学模型能客观反映空间自旋柔性梁动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应影响不可忽视。     

无网格法在中心刚体-旋转柔性梁系统动力学分析中的应用EI北大核心CSCD

将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。     

参数不确定性估计的随机响应面模型修正方法EI北大核心CSCD

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策略,分步修正参数的均值和标准差,以简化随机修正过程、提高修正效率;最后基于一组55块钢板的实测频率均值和标准差,估计钢板厚度和材料参数的统计特征值,验证方法的可行性和可靠性。     

新型装配墙式质量调谐阻尼器抗震性能研究EI北大核心CSCD

调谐质量阻尼器(tuner mass damper,TMD)是现阶段公认有效的结构振动控制设施,但传统TMD存在占用建筑大量使用空间、增加建造成本、构配件不可更换的问题。该研究设计了一种装配墙式调谐器阻尼器(wall-tuned mass damper,WTMD),该墙体可充分利用传统墙体质量,节约使用空间,装配式的构造可实现TMD参数的调节和配件的及时更换。为了使减震TMD墙具有更好的减震性能,建立了TMD结构耦合运动方程,分析得到其理论参数最优值,并通过对比无控结构和墙式TMD结构的传递函数,对理论减震性能进行验证,最后进行振动台试验进一步验证其减震效果。结果表明,装有新型装配墙式减震TMD的受控结构,自振频率较无控结构有所降低,延长了结构振动周期。减震TMD墙体具有较好的减震作用,且随着加速度峰值增加,减震效果越发明显。     

基于附加质量块的桥梁模态挠度预测方法研究EI北大核心CSCD

以16 m跨径空心板单梁为研究对象,研究基于附加质量块的质量归一化方法和模态柔度法测试预测桥梁模态挠度的准确性和工程可行性。基于环境激励测试16 m单梁在施加质量块前后的模态参数,提出包含相对频率改变平方项的振型质量归一化计算方法,预测单梁在多级竖向静力荷载作用下的模态挠度,将模态挠度与实测静挠度进行比较,研究8种附加质量工况下单梁模态挠度的测试预测精度,分析附加质量占比以及质量块的数量对预测精度的影响,分析传感器数量对模态挠度预测精度的影响。结果表明,在环境激励下,5个传感器与8个传感器模态挠度预测精度基本一致,满足工程精度要求;基于附加质量块预测的模态挠度可代替实测弹性静挠度,进而评估桥梁的实际刚度状态;附加质量块质量占梁体总质量约10%时,模态挠度的预测相对误差小于8%,预测精度较高。在实际工程应用中,可适用于其他跨径桥梁;在附加质量块占比相同的情况下,多个小质量快的模态挠度预测精度优于大质量块;仅利用单梁前两阶竖向模态即可获得较精确的模态挠度。     

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论，采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场，并采用Green应变张量描述应变能，用Hamilton原理建立系统动力学方程。揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散，基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明，旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大．从而只存在一阶临界转速，且当中心刚体半径超过临界半径时．不存在临界转速。     

基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析EI北大核心CSCD

采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论,求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度,并对设计参数进行优化。研究结果表明:概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能;通过对设计参数的适当取值,能使隔震层与上部结构位移响应均最小,从而提高隔震结构整体可靠度。     

考虑附加质量的旋转柔性梁动态可靠性分析

在带有附加质量的旋转柔性梁系统动态可靠性分析中,为了提高其计算精度和计算效率,提出了一种基于单项式容积法(Monomial Cubature Rules,MCR)的随机响应面法(Stochastic Response Surface Method,SRSM)。该方法利用MCR的积分点作为样本点,并以此生成柔性梁系统动态响应的小样本对,基于这些样本对和SRSM回归理论,建立柔性梁系统动态响应可靠度隐式功能函数的代理模型,使用该代理模型对柔性梁系统进行动态响应可靠性分析。通过与传统的蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法和改进的概率配点法(Efficient Collocation Method,ECM)比较,表明了该方法在柔性梁系统动态响应可靠性分析中的高效率和高精度。在取相同变异系数的条件下,柔性梁截面宽度参数的分散性对系统动态响应的可靠性影响较大。     

考虑随机效应的Clough-Penzien功率谱参数预测模型及地震动合成EI北大核心CSCD

国内外学者对典型的地震动参数(a PG,v PG,SAs,I A,Ds等)预测方程的研究不断深入,但对于表征地震动频谱特性的功率谱模型参数预测方程的研究却很少。鉴于地震动的频谱特性与震源特性、传播路径和场地条件紧密相关,该研究基于地震动传播的物理机制建立了Clough-Penizien功率谱(C-P谱)模型参数的预测模型。为了更好地描述不同地震事件不同记录之间的相关性,对模型考虑随机效应,建立了谱参数的预测随机效应模型。采用改进的随机效应一次迭代回归算法,对各类场地C-P谱模型参数的预测随机效应模型进行回归分析,确定了模型系数。结合相位谱的物理传播模型与所提出的C-P谱参数预测模型,构建了“震源-传播路径-局部场地”物理传播机制的随机函数模型。算例分析结果表明,该研究提出的谱参数预测方程模型与实际功率谱拟合较好,模拟得到的地震动记录与原始地震记录的时频特性十分接近,可以较好实现地震动记录的模拟和预测,对地震危险性、易损性和风险分析及抗震设计与评定具有重要的指导意义。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展EI北大核心CSCD

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。     

整体式桥台研究综述EI北大核心CSCD

整体式桥的桥身与桥台之间没有设置支座和伸缩缝,而是刚性连接为一体,从而能极大地节省桥梁全寿命周期的维护与维修费用。但是由于季节性温度波动导致桥身长度变化,桥台后土体随之受到水平方向循环加载作用。桥台后土压力的发展变化,成为整体式桥研究的重点。另外,对整体式桥台在地震作用下的动力反应还缺乏认识。该文首先系统总结了关于整体式桥台后土压力的相关研究成果,包括现场监测、缩尺模型实验、土单元应力路径实验、以及数值模拟等,揭示出在这种特殊循环作用下桥台后土压力的变化规律,并对土压力累积机理进行了探讨。然后,该文总结了整体式桥台在地震作用下动力响应的相关研究成果,指出由于桥台与桥身的刚性连接,桥身惯性力对桥台与土动力相互作用产生很大影响。     

随机荷载下陡波形立管的非线性动力分析EI北大核心CSCD

对陡波形立管在随机荷载作用下的非线性动力响应进行了数值分析。考虑内部流体,基于柔性杆理论建立了陡波形立管(SWR)的数值模型,采用Newmark-β法求解立管动力响应,利用MATLAB软件编写相应计算程序DRSWR,将DRSWR的计算结果与OrcaFlex进行对比验证,然后对陡波形立管在随机波浪、顶部浮体随机运动共同激励下的应力响应进行了参数敏感性分析。结果表明:浮子段应力水平、应力变化幅值最高;应力极值点为拱弯点和垂弯点;大波高、低周期的波浪会导致立管整体应力水平急剧升高;平均静偏移增大导致立管应力极值减小;大幅高频的慢漂运动会使悬挂点应力显著增大;高密度、高流速内部流体会使陡波形立管处于高应力状态。     

基于力电响应的压电悬臂梁疲劳寿命预测EI北大核心CSCD

针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法;进一步分析振动疲劳过程中谐振频率变化与负载功率变化的关系模型,提出一种基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法。结果表明:基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差在10%~20%之间,其误差范围控制在1.5倍误差线以内;而基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差集中于25%左右,误差范围均控制在2倍误差线以内且属于偏安全的预测效果。     

波动温度环境下形状记忆合金梁的参激振动控制EI北大核心CSCD

引入形状记忆合金多项式本构模型描述材料的热力学行为,导出形状记忆合金梁在横向周期力扰动下的非线性动力学控制方程,从而研究合金梁在波动变化温度场中的参数激励振动控制。数值分析表明,温度对形状记忆合金梁的弹性模量和振动特性影响很大,且利用最大Lyapunov指数法可以获得临界温度值,当温度在该临界温度值附近波动时可以实现形状记忆合金梁的参数激励振动控制。最后,讨论临界温度值受外激励振幅和频率的影响,从而拓展所提出方法的实际应用。     

压电陶瓷支承对梁的横向振动与支反力抑制作用EI北大核心CSCD

当多跨结构受到横向载荷产生振动时,支承与基座衔接处往往产生较大的支反力。针对该问题,以双支承的梁系统为例,基于压电换能原理,采用柱状压电陶瓷支承作为减振元件,并对其减振效果进行了理论分析。利用Hamilton原理推导了压电机电耦合边界条件下该系统的振动微分方程。结合有限元法和偏微分方程数值计算方法,对不同种类压电材料的机电耦合系统进行了模态分析和动力学响应计算。计算结果表明,压电陶瓷支承可以有效抑制多跨结构中支承传递到基座的振动和支反力。     

柔性阻变存储器材料研究进展EI北大核心CSCD

本文简述了阻变存储器的基本结构、工作原理、发展历程和研究现状,归纳总结了柔性阻变存储器的材料体系,包括介质材料、电极材料和基底材料,以及柔性阻变存储器材料体系的总体趋势和最新研究进展;分析了柔性阻变存储器的性能特点,包括存储性能和力学性能。阐述了发展柔性阻变存储器的重要意义与面临的挑战,提出了该领域现在研究中存在的不足和未来需要进一步研究的方向。得出力学性能稳定的高电导可拉伸电极和存储性能稳定的可拉伸介质是柔性阻变存储器材料今后发展的主要方向。     

计入箱体轴柔性的主减齿轮系统振动特性研究EI北大核心CSCD

主减齿轮系统是汽车变速器的重要传动部件,也是诱发箱体振动噪声的主要原因。为了准确预测内外动态激励下主减齿轮系统的振动特性,采用有限单元离散化建模方法,将箱体轴离散为轴段单元,建立其与输入、输出轴段单元、齿轮啮合单元和轴承单元耦合后的弯-扭-轴-摆全耦合动力学方程。模型综合考虑了箱体轴柔性、大重合度下斜齿轮时变啮合刚度以及静态传递误差激励的影响,并利用数值算法求解了系统的固有特性和振动响应特性。研究结果表明：计入箱体轴柔性后,系统的低阶固有频率略微降低,但增加了新的固有频率与振型;随着转速的增加,系统在主减齿轮啮合频率的1倍频和2倍频处出现了明显的阶次幅值,但其能量较小,当转速达到4 900 r/min时,系统出现明显的共振响应;外界载荷的增大主要在非共振区导致振动幅值的增加;当选取不同的端面重合度与轴向重合度组合时,或在一定范围内增大轴向重合度时,可有效降低斜齿轮时变啮合刚度的波动,改善共振点附近的振动位移幅值。