悬索结构振动分析的悬链线索元法

本文介绍了由悬链线基本关系构造的悬链线索元刚度矩阵的迭代方法,对于索中张力己知原长未知的情况给出了确定悬索原长的线性搜索算法。文中建立了悬索绕平衡位置振动的动力学方程并通过香港青马大桥主索的分析计算与相应测试结果对比对本文方法作了验证。该方法优于现有的抛物线类索元方法,在悬索结构分析中具有一定的实用价值。     

带刚臂的两节点精确悬链线索元的非线性分析

为解决应用悬链线索元时锚固点的刚性连接问题,在应用悬链线基本方程导出的两节点悬链线索元的切线刚度矩阵基础上,推导出两端带任意刚臂的两节点精确悬链线索元的切线刚度矩阵显式表达式,并且分析了考虑索元初次张拉和成形使用两种条件下切线刚度矩阵的迭代求解技术。分析和算例表明,应用两端带任意刚臂的两节点精确悬链线索元可以很好地解决前述问题,且其有限元分析格式与不带刚臂的悬链线索元完全一致,而且当索元不带刚臂时该切线刚度矩阵可自动转化为相应的刚度矩阵,实用价值较强。     

基于悬链线理论的海带打结原理研究

机械化海带打结是当今未解决的技术难题,目前研制的海带打结机难以达到产业化要求的99%的打结成功率. 为了研究海带打结机的海带成结原理并提高海带打结成功率,利用悬链线理论对海带打结过程进行了分析. 建立了海带线的悬链线数学模型,提出了端点等高、端点不等高和受到端点外其他约束等各种悬链线方程的解法,分析了海带线打结过程中4个不同阶段所处的状态,通过将海带线在4种状态下的空间曲线向指定平面投影的方法研究了打结原理,结果表明海带线符合扭转打结法的条件,证明了此种海带打结方法的正确性和可行性,为提高海带打结机打结成功率提供了理论上的指导.     

悬索桥主缆初始位形的悬链线方程精细迭代分析法

悬索桥非线性有限元法采用悬链线单元精度高,推导了基于自重约束方程,求解两种设计条件下主缆初始位形的悬链线精细迭代法公式,该方法能够计算主缆变形后自重荷载集度的变化.根据索鞍的受力特点,推导了不平衡索力与索鞍预偏量之间增量函数形式的显式刚度方程,导出了索鞍弧顶主缆曲线的无应力索长的精确计算公式.算例结果表明,方法精度高,计算稳定且收敛快.     

基于整体分析的钢悬链线立管触地点动力响应分析

在立管动力平衡系统的力学模型中考虑浮式平台的惯性作用和管-土相互作用,研究在不同参数激励下钢悬链线立管触地点动力响应。基于大挠度柔性索理论,分别采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁、弹性地基梁模拟立管的悬垂段和流线段,考虑触地点处的大曲率,建立了立管的三维有限元模型,利用Galerkin方法对运动方程离散为一组非线性二阶常微分方程,运用Newmark-β法求解离散方程。通过在立管的动力方程中引入δ函数来体现浮式平台对立管的惯性和水动力影响,将悬链线立管与浮式平台作为一个整体进行动力分析,以工程中实际使用的1800m水深的钢悬链线立管为例,通过对立管顶部进行谐波激励,分别就水动力系数、管内流体密度和海床土体刚度对立管特征点动力分析的影响进行分析,研究表明：水动力系数的改变对立管触地点的动力响应的影响较为显著,主要体现在弯矩和张力幅值的增加;管内流体密度不同,触地点位置不同,表明立管在输送不同液体或气体可能发生疲劳破坏的位置也不同;而海床土刚度对立管触地点区域的弯曲应力影响较大,对轴向应力则影响不大,其结果对SCR设计具有重要的指导意义。     

钢悬链线立管振动响应影响因素分析

海洋立管内部一般有高压的油或气通过,这将对立管的振动响应产生较大的影响。首先研究SCR管内流体的流速对结构固有频率的影响,结果表明：立管的固有频率随着管内流体流动速度的增加而降低,应在设计时予以足够重视。另外又分析悬链线立管张力随水深的变化规律,计算考虑变张力的立管固有频率,比较分析弯曲刚度对固有频率的影响。结果表明：弯曲刚度对前10阶频率影响不大。因此,在计算低模态的涡激振动时,可以忽略弯曲刚度的影响。     

基于悬链线纳米粒子超构表面的线偏振光SPPs定向激发

表面等离激元(Surface plasmon polaritons, SPPs)定向激发是片上集成光子系统研发的基础,利用悬链线超构表面来实现SPPs的定向激发调控是近年来的热点和前沿领域,但现有研究多针对圆偏振光,线偏振光SPPs的定向激发相对较少。本文设计了一个基于悬链线纳米粒子的超构表面来实现线偏振光SPPs定向激发。采用时域有限差分法计算了x偏振光入射下的光谱消光比曲线和电场分布,根据多级散射理论和惠更斯-菲涅尔原理解释了定向激发的物理机制。仿真结果显示,悬链线纳米粒子超构表面对线偏振SPPs的定向调控是有效的,峰值消光比可达27 dB(对应入射波长820 nm),10 dB以上带宽约为47 nm (798 nm～845 nm),该结果有助于悬链线多功能器件的研究与开发。     

基于扭转悬链线结构的高效手性吸波器

近年来,超构表面(metasurface)作为一种人工二维结构由于其超薄的几何结构以及灵活的电磁调控能力受到了学界的广泛关注,如何进一步提高超构表面器件的性能成为了该领域的研究热点。悬链线电磁学(catenary electromagnetics)作为一类新兴的超构表面设计原理为设计高效率超构表面器件提供了新的思路和方法。本文提出了一种基于扭转悬链线结构的超构表面,其能够实现对不同旋向入射的圆偏振电磁波的高效选择性吸收。仿真结果表明所设计的器件在工作波长处对左旋圆偏振电磁波吸收率接近于1,而右旋圆偏振入射时吸收率小于22%,其对应的二向色性大于78%。同时,文章分析了产生高效率手性吸收的物理机制并且提出了一种基于该类结构的信息加密方法。该工作在手性成像与手性探测等领域具有一定的应用前景。     

深水刚悬链线立管限位锚安装与限位链回接技术研究

刚悬链线立管（Steel Catenary Riser,简称SCR）通常用于深水浮式平台的油气输送管道,其水下端通常通过管线终端（Pipeline End Termination,简称PLET）与海底管线相连,水上端悬挂在平台上方,浮式平台与海底之间的立管呈现出悬链线构型。由于受到风浪流影响,浮式平台和立管会在一定的范围内移动,这就对海底的立管以及末端的PLET形成了拖拽力,从而可能导致管线或PLET移位或管线连接受损,导致油气泄露。SCR限位锚是采用吸力桩形式形成锚点,通过限位链连接立管管体,形成立管限位,从而保障立管的在位安全。     

基于影响函数法的多辊轧机辊系变形矩阵迭代法

该文提出了基于影响函数方法的新多辊轧机辊系弹性变形快速计算方法。该文分析了传统影响函数法在多辊轧机计算中的不足,构造了多辊轧机辊系变形计算的矩阵迭代方法,该方法计算量小且精度高,适用于任意类型的多辊轧机。该文针对森吉米尔轧机给出了该方法中整体刚度矩阵的构成方法,分析了整体刚度矩阵的特点,并列出了详细的迭代计算流程。通过与不同工况的有限元结果对比,验证了该方法的可靠性。     

基于压电理论的悬索桥工作状况智能监测与诊断方法

提出一种用压电材料（PZT）和人工神经网络控制理论相结合的方法,对悬索桥梁结构健康状态进行在线诊断,以便及时修复。该方法利用PZT受力变形时电压电场变化的机理采集信息,结合改进了的BP神经网络控制方法,对悬索桥梁的应力、应变进行在线分析和智能诊断。并通过实验研究获得大量的实验数据,对BP网络参数进行优化,证明了该方法的可行性和先进性。     

基于ANSYS的悬索桥分析方法研究

用于悬索桥分析的专用程序和通用程序均有其局限性。基于ANSYS平台进行二次开发,主要着眼于鞍座的模拟、顶推的实现、主缆和吊索的无应力长度确定、无应力长度保持不变的方法,并给出润扬大桥算例予以验证,使得用ANSYS分析悬索桥具有了专用程序的精度和通用程序前后处理方便的特性。     

基于UL列式的两节点悬链线索元非线性有限元分析

针对现有滑移索结构分析方法适用范围有限、精度不高的缺点,提出了一种通用、高精度的三维滑移索单元法。基于悬链线理论和Euler-Eytelwein公式,同时考虑了温度效应和滑动摩擦,分别建立了已知单元无应力索长和已知张拉力的三维滑移索单元的基本方程组;利用矩阵微分从单元基本方程组导出了单元的切线刚度矩阵;建立了滑移索结构从张拉到后期加载的全过程精细化分析流程,可实现自动调用建立的各类索单元,准确分析各滑移点的摩擦;通过3个算例的计算及与现有理论解、数值解和试验结果的比较来验证该文所提出方法的可靠性和有效性。结果表明,该文提出的三维有限元法准确可靠,计算效率较高,适用于工程中各种滑移索结构的高精度非线性分析。     

悬索桥主缆单元索股水平收放索技术应用智能放索装置研制

介绍了悬索桥主缆单元索股放索时,针对水平收放索技术的一种被动式智能放索装置的设计原理、组装和试验,以及在使用此智能放索装置后,主缆单元索股放索质量的提高。     

悬索桥索股下料长度求解方法及其影响因素分析

 采用基于通用有限元软件ANSYS的二次开发语言APDL编程实现悬索桥主缆索股无应力索长的自动化求解,程序中根据中心索股空间坐标建立局部坐标系,在此坐标系内建立其他索股相对于中心索股的排列,建立主缆各索股各关键点之间的真实空间模型,考虑索鞍处的圆曲线修正,提取单元长度,得到各索股的真实索长．算例表明:恒载集度、控制点坐标误差、温度是主要影响因素,其他因素影响较小;同一索股内钢丝长度差值最大为6.75 cm．结果表明该方法计算精确、使用方便,应用于空间索面自锚式悬索桥等复杂结构的主缆无应力长度的求解工作时能有效减少工作量．     

Energy conservation research of dehumidification system for main cable anticorrosion of suspension bridge

The necessity of the main cable anticorrosion for suspension bridge is described, operating principles and composition of main cable dehumidification system is analyzed, and an idea using the waste heat of high temperature outlet air of dehumidification system to heat up regeneration air of rotary-type dehumidifier is put forward in this paper. The concrete scheme is to install a heat exchanger on air-out pipeline of Roots blower and air-in pipeline of regeneration electric heater of rotary dehumidifier. Air preheated by the heat exchanger enters regeneration electric heater of rotary-type dehumidifier. Energy conservation of main cable dehumidification system for the Yangtze River highway bridge was calculated, and the results showed that energy conservation rate reached 44%.     

Estimation of cable safety factors of suspension bridges using artificial neural network‐based inverse reliability method

The design of the main cables of suspension bridges is based on the verification of the rules defined by standard specifications, where cable safety factors are introduced to ensure safety. However, the current bridge design standards have been developed to ensure structural safety by defining a target reliability index. In other words, the structural reliability level is specified as a target to be satisfied by the designer. Thus, calibration of cable safety factors is needed to guarantee the specified reliability of main cables. This study proposes an efficient and accurate algorithm to solve the calibration problem of cable safety factors of suspension bridges. Uncertainties of the structure and load parameters are incorporated in the calculation model. The proposed algorithm integrates the concepts of the inverse reliability method, non‐linear finite element method, and artificial neural networks method. The accuracy and efficiency of this method with reference to an example long‐span suspension bridge are studied and numerical results have validated its superiority over the conventional deterministic method or inverse reliability method with Gimsing's simplified approach. Finally, some important parameters in the proposed method are also discussed. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

索力振动测量的传递矩阵法

振动法测量拉索张力需要准确描述索力与自振频率的关系,在建立拉索振动的离散模型基础上应用传递矩阵法计算拉索固有频率,通过求解特征方程建立了索力与振动频率的关系;然后将计算得到的模态频率与测试得到的模态频率比较,通过修正拉索张力计算值使计算频率与实测频率误差最小,最后修正的拉索张力则为拉索实际张力。通过对实际工程的测试结果分析表明,该方法具有准确、实用和易编程的特点,完全能满足工程应用要求。     

基于滞后型系统理论的半主动悬架控制系统稳定性分析

为了研究时滞对于半主动悬架系统稳定性的影响,建立含时滞的二自由度半主动悬架模型,依据滞后型系统稳定性理论运用改进的全时滞稳定代数判据推导出满足系统全时滞稳定的充要条件,得到可控阻尼的取值范围。针对不符合全时滞稳定条件的半主动悬架参数,提出运用稳定性切换点分析法求取实际所需的稳定性切换点及其稳定性区间。通过时域仿真发现在全时滞稳定情况下时滞的产生并非会导致悬架性能的恶化。在非全时滞稳定的情况下,随着时滞的增加悬架性能不断下降并在超过稳定性切换点时发生剧烈恶化。