考虑流固耦合效应的海上单桩式风电塔动力响应研究

风荷载与波浪荷载是海上风电塔承受的主要荷载,对风电塔结构设计起着决定性作用,其动力响应极为复杂。以南通沿海3.0 MW风电机为研究对象,利用数值模拟和现场实测手段,考虑流固耦合效应,建立"基础-塔筒-机舱-风轮"整机模型、风荷载模型、波浪荷载模型,研究海上风电塔在风-波浪联合作用下的结构动力响应以及不同水深对风电机系统振动频率的影响。计算结果表明:采用考虑流固耦合效应与风电塔整机模型分析得到的计算结果与实测结果较一致,可为海上风电塔结构在风-波浪联合作用下的振动分析和结构设计等提供分析方法;波浪荷载对海上风电塔的动力响应存在一定的影响,以风荷载作为主要荷载计算的结果不甚合理;水深对结构低阶振动频率影响不大,但水深对风电塔系统高阶振动频率影响较大,水深越大,高阶振动频率降幅越大。     

某工业建筑防共振设计

文章采用数值模拟的方法对某工业厂房楼盖结构中的振动部分进行分析,传递共振波的主要结构是直接承受设备动力荷载的结构,因而分析了该厂房中吊车梁承受动力荷载能力,以及吊车梁的变形允许限值,得出在工业厂房设计时,通过优化吊车梁设计方案,增大其整体刚度,布置有效构造措施等方法,可以有效避免结构共振现象的产生。     

移动荷载作用下大跨度铁路斜拉桥纵向共振机理

列车荷载作用下铁路斜拉桥将在不同方向上发生振动,列车竖向荷载作用下导致的主梁纵向振动将影响道床稳定性和伸缩装置的使用,甚至影响行车安全性和舒适性。采用等效纵向荷载研究移动荷载作用下斜拉桥纵向振动机理,推导纵向共振速度估算公式。以一大跨度铁路斜拉桥为实例,分析了不同速度的移动荷载作用下结构动力响应。结果表明,当移动荷载速度与估算纵向共振速度接近时,移动荷载通过桥梁时的纵向加载频率与桥梁一阶纵向振动频率接近,斜拉桥发生纵向共振现象,主梁和桥塔动力响应显著增大。     

劲性支撑穹顶索膜结构模态特性试验研究

结构的模态特性是其本身固有的极其重要的力学性能,是结构动力分析的基础.准确把握结构的模态特性还能避免结构在动力荷载作用下发生共振的危险.对跨度为6m的劲性支撑穹顶索膜结构模型进行了模态特性的试验与理论对比分析,并分析了全跨荷载、半跨荷载及初始预应力等参数改变对结构振动频率的影响.研究表明:结构自振频率的理论值与试验值吻合较好,两者变化趋势基本一致;结构阻尼比在0.008~0.02范围内;荷载作用使结构低阶和高阶频率均减小,而高阶频率变化趋势更明显;预应力增加使结构自振频率增加,且高阶频率增加较快.     

某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。     

简谐荷载作用下拱型结构线性动力稳定性

通过分析发现拱型结构对动荷载的响应较为明显,以单拱为例,取1/3,1/5,1/7三种矢跨比的结构,在水平、竖向两种荷载作用下,分析了结构的线性谐响应结果,得出单拱自振频率分布均匀、密集、中间无"断层",带宽较宽,类似白噪声;同时共振区段分布多,发生共振强度大,不同矢跨比对简谐荷载的动力响应程度不同,其中1/5矢跨比响应程度最大。     

桅杆结构的内共振对其动力稳定性的影响

根据推导的任意动力荷载作用下的弹性结构体系的动力稳定性判别准则,对一存在内共振的桅杆结构进行了算例分析,从对实际桅杆结构的动力稳定性分析中可以得知,桅杆结构的内共振是导致其动力失稳的主要因素之一。     

液压泵支架振动故障分析与改进

液压泵支架作为液压泵传动装置中的承载结构件,起到固定液压泵,承受液压泵的自重,承受液压泵传动装置工作过程中引起的振动、力和力矩等载荷的作用.若结构设计不合理,特别是当其固有频率在发动机激励频率范围内,出现共振现象时,液压泵支架易出现振动撕裂破坏.对某型液压泵传动装置进行有限元分析,研究其振动特性,改进液压泵支架的结构,...     

海上风机部分埋入群桩水平-摇摆振动与结构共振分析

对于海上风机部分埋入群桩基础,风机结构的高度将导致基础承受较大的倾覆力矩,因而在风机振动分析中需要考虑到基础的摇摆特性。为避免发生共振,风机结构第一阶自振频率应避开风轮转动频率（1P频率）和叶片通过频率（3P或2P频率）。目前关于风机结构动力特性的研究常常以底部刚性固定为假定,忽略了地基基础的影响,因而可能带来误差。结合既有研究成果,推导简化解析方法研究了部分埋入群桩基础的水平-摇摆耦合振动特性以及基础阻抗对风机结构共振特性的影响。首先,推导了采用动力Winkler地基模型的部分埋入群桩基础水平-摇摆动力阻抗,与精确解进行对比,验证了方法的正确性;其次,考虑基础阻抗的作用,推导了风机结构水平-摇摆振动方程;最后,通过简化方法和频域有限元方法对不同地基条件下某风机结构的共振特性及基础阻抗进行了计算和对比,研究了基础阻抗对结构共振特性的影响,并验证了简化方法的正确性。     

边坡对循环荷载的响应研究

 在循环荷载作用下,边坡岩土体除了受到静态力作用外还受到动荷载的长期作用,岩土体对动荷载产生响应,易引发或加剧边坡失稳。以某路堑边坡为研究对象,研究在不同动力输入条件下边坡岩土响应规律。研究结果表明,当循环荷载的振动频率一定时,边坡各测点的位移、速度、加速度随循环荷载最大振幅的增大而增大,呈明显的线性关系;当循环荷载的最大振幅一定时,边坡的动力响应峰值与频率不再是线性关系,而是出现波动变化,存在4～5 Hz频段范围的强响应频段区间,这一频段与边坡岩土体卓越周期(频率)基本一致,易引起边坡的共振响应,而这种共振响应对边坡稳定是不利的。研究结果对合理评价循环荷载对岩土边坡的影响、对岩土边坡的长期安全性及耐久性分析具有重要的理论意义和工程应用价值。     

9度区钢结构转运站地震响应分析

为研究9度抗震设防烈度区钢结构输煤转运站的受力情况和可靠性,通过有限元分析得到了地震作用时结构受力和侧移情况。结果表明,在柱间支撑布置受限而引起结构刚度分布不均匀的情况下,地震作用时结构的振型、位移和承载能力仍然能够满足设计需求。在水平地震和输煤皮带张力的共同作用下,部分柱底将出现较大的上拔力,为后续柱脚和地下结构的设计提供依据,也为今后相关工程提供参考。     

隔震结构动力特性脉动测试与分析

利用环境脉动作为激励振源,测试了一叠层橡胶支座隔震结构的脉动响应信号,并利用工程振动反演理论分析得到了该结构的固有频率、振型、阻尼比等动力特性。将其与理论计算结果进行了比较分析,可以认为,用脉动法获得的是隔震结构发生微小变形时的动力特性,为今后进行隔震结构的设计提供了参考。     

地震作用下高层建筑静动力特性分析

依据抗震设计规范,采用有限元分析软件SAP2000,对15层钢筋混凝土框架结构动力特性和地震时程反应进行分析,通过计算得到了该类建筑物的自振特性以及在地震作用下的位移和加速度反应,以提取建筑的薄弱环节,为结构的合理设计提供参考。     

小型风力机塔筒减振环减振控制的研究

小型风力机在风轮起动至额定转速或者由额定转速降至起动状态的过渡区间有共振点,如果共振持续较长的时间,就会造成严重的事故。本文依据小型风力机塔筒的结构形式和共振特点,研制了小型风力机防共振的减振装置—减振环,对小型风力机塔筒进行减振控制。在无减振环和有减振环两种情况下,分别对一小型风力机塔筒进行了水平正弦荷载作用下的时程分析,以考察减振环对小型风力机塔筒的减振效果。结果表明,减振环的减振效果达到70%以上,减振效果明显。减振环的研制填补了小型风力机减振装置的空白,为小型风力机塔筒振动控制的理论研究和工程设计提供有价值的参考。     

索膜屋盖结构横风向共振响应的时程分析方法

索膜屋盖结构的横风向共振问题与以往研究的高层 /高耸结构的横风向共振问题有较大区别。本文根据索膜屋盖结构的受力特点 ,发展了一种适合大跨索膜结构非线性横风向风振响应计算分析的方法 ,利用Newmark法和Newton Raphson法的思想推导了索膜结构在横风向风荷载作用下 ,结构的非线性动力增量平衡方程 ,并提出如何判别结构发生横风向共振的方法。文中还对有关参数的取值进行了讨论。最后本文利用ANSYS程序对某算例进行分析 ,得到其发生横风向共振时的风速     

串联式压缩型橡胶隔振器的力学性能及设计建议

串联式压缩型橡胶隔振器是一种新型橡胶隔振器,由橡胶与钢板分层叠合而成,具有较高的竖向承载力和竖向刚度,较低的水平刚度,适用于以水平振动为主的重型机器的隔振,得到广泛应用,但其动力力学参数的计算,目前尚没有明确的算式。结合现有的相关研究成果,提出其动力力学参数的计算确定方法,并对此类隔振器的设计提出了建议。     

工作荷载与地震作用下直接空冷结构体系模型试验研究

直接空冷结构体系是火力发电厂随着空冷工艺出现而形成的一类特殊工业建筑,结构体系及其受力性能复杂。取1/4子结构,模拟边界条件,按1:8缩尺比例制作模型进行风机扰力和地震作用下的试验研究。测试了结构的动力特性,结构与风机的共振点,结构在不同风机转速和风机开启状况下的幅频曲线以及结构构件的动应变。选择ElCentro波对模型进行拟动力试验。得到了结构的动力反应,分析了结构自振频率与阻尼比变化、变形性能、滞回性能和破坏模式等,给出了骨架曲线及其特征点。采用SAP2000有限元程序进行数值计算,分析结果与试验结果基本吻合。研究表明扭转振动是直接空冷结构体系的主要振型,应该考虑振型耦合;风机多点谐振激励引起的结构振动响应较小,风机低频运转对结构的影响大于高频运转对结构的影响。直接空冷结构体系为单道防线体系,大震下结构系统进入非线性后,设备系统能够保持弹性工作状态,结构易形成柱铰破坏机制。     

变截面杆的动力稳定性研究

本文探讨了变截面杆在竖向谐振力作用下，杆件的参数共振及动力稳定性问题，为工程结构动力设计提供参考依据。     

电动机场消防车动力耦合装置的动力学特性研究

以我国全新研发的某型电动机场消防车作为研究对象,采用动力学仿真的方法分析了其动力耦合传动装置在重载高速工况下的动力学响应。构建的动力学模型考虑了齿轮传动的时变刚度、齿侧间隙等非线性特性,齿轮轴基于Timoshenko梁理论考虑为柔性轴,轴承力则根据轴承的几何特性采用Lamina模型进行计算。研究结果表明：齿轮啮合导致的44阶次对于动力耦合传动箱的振动总量贡献最为突出,且反转工况在2 568 r/min附近存在明显的共振峰值;通过工作变形分析可知,该共振峰值的出现与输出轴的柔性振动模态相关;适当增大截面尺寸可以有效提高输出轴的弯曲刚度,并改变其振动频率,避免在工作转速范围内可能出现的共振,提升系统阶次的线性度。     

大型环向人行天桥的设计分析

基于某大型钢结构人行天桥的设计,分析天桥结构设计的特点,围绕天桥结构的动力特性——自振频率的计算,展开详细、深入的分析,并得出一些结论和建议,可供类似工程参考借鉴。