基于欧进萍谱的广义Maxwell耗能结构随机响应简明解法

针对设置广义Maxwell阻尼器多自由度耗能结构在欧进萍谱激励下响应分析较复杂的问题,提出了一种求解系统响应简洁的解析解法.将广义Maxwell阻尼器本构方程、原结构运动方程与欧进萍谱滤波方程联立,重构结构运动方程;采用复模态法将其解耦,得到结构位移及结构速度、层间位移及层间速度、阻尼器受力及其变化率等响应基于白噪声激...     

位移放大型黏弹性减震系统力学模型与地震响应分析

针对消能减震结构在层间位移较小时耗能效率欠佳的问题,提出了一种可将结构层间位移放大的黏弹性阻尼器,并建立了位移放大型阻尼系统的力学模型,完成了位移放大2.5倍的黏弹性阻尼器和普通黏弹阻尼器的力学性能对比试验,最后通过算例分析探讨了不同减震结构的地震响应。所提出的力学模型与试验结果吻合。位移放大型阻尼器的出力和耗能相比普通阻尼器被有效地放大。多遇地震下,附加位移放大型黏弹性阻尼器减震结构的附加阻尼比显著提升,阻尼耗能是普通减震结构的1.98倍。     

分数阶热弹性理论下中空黏弹性圆柱热弹耦合动力响应EI北大核心CSCD

基于Ezzat型分数阶广义热弹性理论,引入Kelvin-Voigt黏弹性模型建立了黏弹性中空圆柱热弹耦合动力模型,探讨了黏弹性中空圆柱热弹耦合问题。中空圆柱体内外表面均有一定约束,且在其外表面处施加热冲击作用。给出Ezzat型分数阶双相滞后广义热弹性理论下问题的控制方程,结合Laplace变换和数值反变换技术对控制方程进行求解,最终得到中空圆柱中无量纲位移、温度、径向应力和环向应力的分布规律,并分析了黏弹性松弛时间因子和分数阶系数对各物理量的影响。结果表明:黏弹性松弛时间因子对于无量纲温度外的所有物理量均有明显影响,但对径向应力和环向应力的影响更为明显;分数阶系数对于所有物理量均有明显影响,在曲线峰值或谷值处影响最显著。     

带支撑Maxwell阻尼器多层隔震结构的随机地震响应分析EI北大核心CSCD

对隔震层附设带支撑的五参数Maxwell阻尼器的多层基础隔震结构随机地震响应解析解法及平稳响应进行了研究。首先将上部结构用第一振型展开,采用带支撑的五参数Maxwell阻尼器的积分型分析模型,用微分积分方程组实现对该结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能隔震结构原空间获得结构在任意激励下的位移、速度和阻尼器的时域瞬态响应解析表达式;最后在Kanai-Tajimi平稳滤过白噪声激励下,基于该解析解,获得了结构的位移、速度和阻尼器受力的随机响应方差,并给出算例,从而建立了该多层隔震结构在Kanai-Tajimi滤过白噪声激励下的随机响应解析分析方法。     

分数阶微分双参数黏弹性地基矩形板动力响应

基于弹性地基Pasternak双参数模型,利用分数阶微分得到黏弹性地基双参数模型,并在此基础上建立采用分数阶微分Kelvin模型的双参数黏弹性地基上弹性和黏弹性矩形板在动荷载作用下的动力方程;利用Galerkin方法和分段处理的数值计算方法求解四边简支的弹性和黏弹性地基板的动力方程,通过自由振动算例验证该求解方法的正确性;并分析冲击动荷载作用下分数阶微分Kelvin模型的分数阶、粘滞系数、水平剪切系数和模量参数对位移响应的影响。结果表明：分数阶微分黏弹性模型可以描述不同黏弹性材料的力学行为;分数阶取值0.5前后,矩形板位移响应值出现了不同的衰减发展形态;粘滞系数、水平剪切系数和模量系数取值越大,位移响应衰减速度越快。     

中等时间尺度下弹道明胶的线性黏弹性模型EI北大核心CSCD

在不同时间尺度下,明胶表现出不同的黏弹性行为。应用蠕变和应力松弛模式研究质量分数为10%的弹道明胶在中等时间尺度下的线性黏弹性行为。低剪切速率下的连续加载-卸载实验显示,在常规感知的时间尺度下(～1min)弹道明胶接近完全弹性体,其线性区应变范围为0～0.25。对蠕变实验对应的中等时间尺度(>1h),选择样品老化24h作为实验起点,这时明胶结构缓慢老化带来的影响可以忽略,从而能够构建恒定参数的本构方程来描述弹道明胶的线性黏弹性行为。对1组蠕变实验结果进行分析,可确定Burgers模型的4个粘弹性参数,然后使用该组参数的模型预测另外2组蠕变实验以及应力松弛实验。结果表明Burgers模型能较好地表征弹道明胶在中等时间尺度下的线性黏弹性行为。     

混合基础隔震耗能结构基于Clough-Penzien谱的地震动响应的简明解析解

在基础隔震层设置侧向黏弹性阻尼器组成混合基础隔震体系,可有效降低基础隔震结构过大的侧移,然而此类结构基于Clough-Penzien谱(C-P谱)的随机地震动响应解法较为复杂,提出了一种简明解析法.首先利用滤波方程,将混合基础隔震耗能结构基于C-P谱的地震动精确的转化为基于白噪声激励的地震动;其次运用复模态法获得耗能结...     

基于ABAQUS的凸轮式响应放大黏滞阻尼器消能体系抗震性能分析EI北大核心CSCD

针对所提出的凸轮式响应放大黏滞阻尼器(cam response amplification viscous damper,CRAD-VD),基于ABAQUS软件开发CRAD-VD耗能单元,编制相应消能体系非线性有限元分析的显式求解程序;将单自由度减震体系的ABAQUS计算结果与MATLAB程序分析结果进行对比,验证所开发CRAD-VD耗能单元及求解程序的准确性;进而开展装配式消能体系三维非线性模型的抗震性能分析。结果表明:开发的CRAD-VD耗能单元及求解程序可准确计算三维结构模型;三维结构体系串联小吨位黏滞阻尼器就可以得到直接安装大吨位阻尼器相似或更好的响应控制效果,有效降低装配式框架梁柱的损伤程度,体现出CRAD的响应放大效应;串联阻尼器的位移幅值始终等于预设偏心距,可避免阻尼器在极罕遇地震下位移超限而失效的问题。     

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。     

三参数Pasternak黏弹性地基中锥形桩的横向自由振动特性研究EI北大核心CSCD

研究了初始轴向压力作用下三参数Pasternak黏弹性地基中圆截面锥形桩的横向自由振动特性。将桩体简化为竖向线弹性Timoshenko锥形梁-柱,考虑桩-土界面摩擦力及桩周土地基参数沿桩身纵向变化,建立锥形桩-土体系动力学模型的控制方程;通过分离变量、无量纲化与微分求积法的数值模拟,将该方程的求解转化为变系数的一般线性代数方程组的一次特征值问题,进而采用QR法求解获得各阶特征值及其特征向量。探讨了相应边界条件下桩身锥角、桩顶轴向荷载、桩长径比、桩侧摩阻力与桩周土地基参数及其沿桩身线性变化情况等对桩横向自由振动基频及其衰减系数的影响。结果表明:锥形桩的固有频率及其衰减系数随锥角的增加而降低,且锥角越大,临界阻尼越小,锥角与地基阻尼有明显的耦合效应;桩侧摩阻力与桩周土地基参数沿桩身纵向的不均匀分布对其基频的影响不可忽略。     

黏弹性热流固耦合作用诱导聚合物变形的机理EI北大核心CSCD

模内微装配成型有望成为高效低成本产业化聚合物微型机械制造技术,而如何准确预测和精密控制其二次成型过程的黏弹性热流固耦合变形仍是其工业化的技术瓶颈。基于考虑微装配界面周围高温黏弹性熔体流动环境边界约束作用,建立了描述模内微装配成型黏弹性热流固耦合作用诱导聚合物变形的理论模型。研究表明,黏弹性与纯黏性熔体热流固耦合的本质区别在于熔体的弹性特性能有效抑制微装配界面的热流固耦合作用,使得预成型微型轴的变形和装配界面的热流固耦合载荷均随二次成型熔体松弛时间的延长而减小,且其变形受控于微装配界面所承受的黏弹性热流固耦合压力、黏弹性支撑正应力和黏性拖曳剪切应力,选用高弹性二次成型熔体有利于抑制黏弹性热流固耦合变形,可提高微装配加工精度。     

黏弹性基体中变截面挠曲电Timoshenko纳米梁振动特性研究EI北大核心CSCD

以黏弹性基体中的Timoshenko纳米梁为研究对象,综合考虑非局部效应、截面非均匀性、压电效应和挠曲电效应的影响,建立了变截面挠曲电纳米梁的自由振动控制方程,基于摄动理论给出了典型边界条件下结构自由振动控制方程的传递函数求解方法,较系统研究了非局部参数、截面非均匀性、挠曲电系数以及基体黏弹性对结构振动特性的影响规律。结果表明:增大截面锥度能减小结构固有频率对非局部效应的敏感程度,并带来结构临界阻尼系数的减小;增大非局部参数能削弱结构固有频率对截面锥度的敏感程度;增大切向挠曲电系数f_(3131)可削弱结构对横向挠曲电系数f_(3131)的敏感程度,而增大横向挠曲电系数f_(3131)却增加结构对切向挠曲电系数f_(3131)的敏感程度。相关研究成果可为挠曲电纳米梁在俘能器中的推广应用提供理论基础。     

弹性支撑模型对火箭发射过程结构振动响应影响研究EI北大核心CSCD

固体火箭从发射筒发射过程中,采用弹性支撑降低火箭结构与发射筒内壁接触引起的冲击,弹性支撑力学模型对火箭发射过程中结构振动响应计算存在影响。利用多体动力学建立包含火箭、发射筒、弹性支撑在内的发射动力学模型,在火箭发射物理过程分析基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立火箭壳体与弹性支撑局部有限元模型,获得了火箭壳体与弹性支撑接触面积变化对支撑刚度影响规律,在此基础上,提出了用于火箭发射多体动力学建模的弹性支撑改进模型,求解弹性支撑模型改进前后火箭发射过程结构振动响应与弹性支撑支反力,分析了弹性支撑模型改进对结构振动响应的影响及其原因。结果表明:提出的弹性支撑改进模型可以准确描述火箭尾部结构脱离弹性支撑过程中接触面积逐渐变化到零的物理过程;与弹性支撑模型改进前相比,改进后结构弯矩响应峰值显著减小。该成果有助于准确评估火箭发射过程结构响应水平,对于火箭结构精细化设计具有工程意义。     

黏弹性耗能结构系统非均匀和完全非平稳响应的精细积分格式

为建立黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法,结合虚拟激励法对设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳随机地震响应的数值分析方法进行了系统研究.构造设置支撑的Maxwel阻尼耗能系统,通过扩阶方法建立结构动力方程;基于高效的虚拟激励法,提出了均匀与非均匀非平稳、完全非平稳响应的简谐-指...     

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。     

挤出方式对黏弹性浆料3D打印出料可控性的影响EI北大核心CSCD

基于挤出工艺的陶瓷3D打印技术应用过程中,不同挤出方式对出料速率可控性存在重要影响,从而导致打印样件在表面质量及打印成功率方面存在明显差异。针对这一问题,研究选择柱塞和螺杆两种挤出方式,在Bingham黏弹性流体浆料及0.6 mm喷嘴直径的基本条件下,结合现场实验数据和模拟仿真得出的出料速率变化曲线,对柱塞与螺杆两种挤出方式的3D打印效果进行对比分析。结果表明:螺杆挤出方式在0.03 s内,出料速率已降至原始出料速率的30%以下,而柱塞挤出方式达到该出料速率所需的时间为2.4 s,在停止供料的0.27 s内柱塞挤出方式的出料量是螺杆挤出方式出料量的3倍。通过流场分析发现黏弹性浆料条件下两种挤出装置的驱动原理不同是造成该差异的主要原因。     

带有微孔黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板振动分析模型EI北大核心CSCD

建立了带有微孔黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板(FMLP)振动分析模型。基于多孔材料弹性模量与密度的关系,导出了二维规则微孔分布形式下黏弹层的弹性模量表达式。采用经典层合板理论表示金属层与纤维层的位移场,同时为了考虑微孔黏弹性层的剪切变形影响,使用Reddy高阶剪切变形理论描述其位移场。进一步,基于Rayleigh-Ritz法、复模量法、应变能法和振型叠加法,求解获得了结构系统的固有频率、阻尼特性和脉冲激励下的时、频域振动响应。最后,以自行制备的带有单层微孔(直径0.5 mm,孔间距2 mm)的黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板试件为研究对象,开展了试验验证研究。理论与测试结果对比发现,前3阶固有频率、阻尼比以及响应峰值的最大计算误差分别不超过4.5%、9.7%和7.5%,进而验证了所提出的理论模型的正确性。另外,依托所建立的模型,还讨论了微孔几何参数的变化对结构系统振动特性的影响。     

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。     

桥墩地震易损性对地震波反应谱概率分布的敏感度EI北大核心CSCD

在基于性能的地震工程学理论(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)中,正确选择输入地震波进行结构动力分析对计算结果的精确性具有显著影响。因此,合理选择一座钢筋混凝土单墩模型以及两组实际地震波,通过增量动力分析方法,获得桥墩结构地震易损性对于反应谱概率分布特性特别是离散度的敏感性,分析结果显示:地震波反应谱的离散度及其概率分布对于桥墩结构的地震需求预计、工程需求参数危险性曲线、地震易损性曲线等概率统计分析结果影响显著,具有密切相关性;但桥墩抗震能力的离散度同样对地震易损性曲线具有较大影响,甚至会削弱地震波反应谱离散度的影响。因此,对于以全概率理论为基础的PBEE,应尽量选择实际地震波进行结构动力分析,并尽可能使所选地震波的反应谱概率分布符合实际的地震环境,才能显著提高计算结果的精确性和计算效率。     

近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析EI北大核心CSCD

该文主要对比分析了近场区竖向地震动对LRB基础结构动力响应的影响。首先,在ABAQUS有限元软件中建立了较为精确的有限元模型:上部结构采用纤维模型以考虑隔震结构在近场地震作用下可能出现的塑性变形,隔震层采用能反映隔震支座水平和竖向力学性能相互耦联的"Ryan-Kelly"力学模型;同时,综合考虑隔震支座的剪切破坏和拉压破坏以确定支座的破坏界限;在此基础上,分别进行隔震结构在水平地震单独作用和水平竖向地震联合作用下的动力分析,对比分析结果可知:近场区竖向地震动对于隔震支座的破坏模式影响较大,在较大的竖向分量作用下,隔震支座可能会在剪切破坏之前先发生拉压破坏;对于上部结构的动力响应,竖向地震动的影响具有随机性,但同样不可忽略,在某些工况下,考虑竖向地震作用会较大幅度地降低其水平动力响应。