小比例柱面网壳振动台试验及动力响应概率模型

针对单层网壳实验费用高、周期长及地震变异性大等问题,开展了一小比例单层柱网壳振动台试验模型试验,并基于该模型试验统计了考虑地震动变异性时单层柱面网壳的动力响应概率模型。参考孔洞胶接节点装配式单层球面网壳模型制作方法制作了一小比例单层柱面网壳模型;在此基础上,分别选用TAFT波、人工地震波和简谐波对该单层柱面网壳模型开展一系列振动台试验研究,包括弹性阶段的动力特性测试和弹塑性状态下的动力倒塌测试;立足于现场实测数据,基于通用有限元分析软件ABAQUS建模、并开展相应数值仿真分析,总结分析单层柱面网壳模型动力特性与破坏特征;基于40组动力实测数据研究地震变异性对单层柱面网壳动力特性的影响,并初步拟合出地震动变异性与该结构动力响应的概率模型。该研究对开展系列单层网壳振动台试验定性研究及空间网壳结构抗震规范的修订提供参考。     

荷载非对称分布下单层球壳的动力倒塌振动台试验研究

为验证荷载非对称分布下网壳结构的动力倒塌机理,对一个单层球面网壳缩尺模型进行了振动台试验。选用三条地震波对网壳结构的动力特性、弹塑性阶段的动力响应(位移、加速度和应变等)、倒塌阶段的破坏过程进行了研究。通过ANSYS/LS-DYNA,以显式动力分析方法为基础,模拟了荷载不对称分布下网壳结构的倒塌全过程,并进行了倒塌机理的分析。结果表明,当网壳受半跨荷载时,形成塌陷区域的节点位于荷载作用区内,中部主肋屈曲产生了较大的动力效应并导致结构荷载作用区内局部塌陷形成、扩大使结构最终倒塌。有限元分析结果与实测结果吻合较好,验证了数值计算方法的正确性。     

考虑螺栓球节点半刚性的网格结构有限元模型修正研究

为获取用于螺栓球节点网格结构健康监测准确有限元模型,用具有刚度可调节点单元描述节点半刚性;采用神经网络技术,利用有限测点模态信息构造网络输入参数CPFM,提出对螺栓球节点单元刚度折减系数进行分步修正新方法。以单层柱面网壳振动台试验模型为例,在螺栓球节点精细化模型基础上,基于实测模态数据对其进行有限元模型修正。结果表明,修正后有限元模型能较好反映该网壳结构的真实动力特性,采用分步修正算法能精简神经网络结构,可有效用于螺栓球节点网格结构有限元模型修正,具有一定实用价值。     

铝合金板式节点网壳阻尼特性试验研究

为研究铝合金板式节点网壳结构阻尼特性,填补现行设计规范对铝合金结构阻尼比取值的空白,对一铝合金板式节点网壳的阻尼比进行了实测。采用锤击法对结构施加动力激励,由拾振器记录结构各点的加速度响应。通过FFT变换得出节点加速度响应频谱,采用半功率带宽法估算结构阻尼比。通过改变锤击力度、拾振器位置、敲击点位置,设计了57种工况,并测出一系列阻尼值;对所得数据进行统计分析,得出铝合金板式节点网壳阻尼比平均值,并建议此类结构阻尼比取为3.3%。运用该阻尼参数建立有限元模型,分析结构动力响应,结果表明:节点加速度响应实测曲线与有限元模型计算得到的响应曲线的峰值、周期和振动衰减规律均吻合较好,证明所测得阻尼值可为铝合金板式节点网壳的动力分析与工程设计提供依据。     

新型网壳减震体系弹塑性时程分析与振动台实验研究

针对多自由度复杂体系的网壳结构的抗震性能,提出了设置屈曲约束支撑的新型网壳减震体系。通过理论分析与数值模拟的方法证明了此新体系良好的抗震性能,进一步利用网壳结构缩尺模型进行模拟地震振动台实验研究以验证其性能,并分析新型网壳减震体系在不同水准地震作用下的动力特性与减震耗能性能。理论分析和实验结果表明,在地震作用下设置了屈曲约束支撑的单层球面网壳地震响应有所减小,屈曲约束支撑起到一定减震耗能作用。     

自由度匹配技术在网壳结构损伤识别应用中的比较研究

测试自由度与有限元模型自由度不匹配是损伤识别技术应用于实际工程的最大障碍，动力模型缩聚和特征向量扩充技术是解决这一问题的主要手段。提出了基于剩余模态力和最小秩摄动理论的两阶段损伤识别算法，对几种模型缩聚技术和特征向量扩充技术在网壳结构损伤识别应用中的可行性、优缺点及适用范围进行了比较研究。通过单层短程线网壳结构模型的数值模拟，同时考虑测试噪声影响，实现了测试信息不完备情况下的网壳结构损伤识别。结果表明，本文所提出的损伤识别算法可以识别出网壳结构的单位置刚度损伤，而且利用Guyan静态缩聚法和Guyan扩充法进行自由度匹配后的损伤识别结果非常准确，它们是网壳结构损伤识别应用中模型自由度匹配的最佳选择。     

单层球面网壳动力失效全过程试验研究

为了更加深入研究单层球面网壳的动力失效。结合一个K6型单层球面网壳振动台试验,设计出一套描述单层球面网壳强振倒塌全过程的测试方法,包括:冲击法测试结构自振特性、低频调幅加载评估损伤程度和基频简谐加载监测结构失效过程。结合数据测量结果,描绘出结构倒塌过程的变形时程,分析结构的基频、阻尼及振型,记录杆件进入塑性的顺序,探索结构损伤演化的规律及倒塌破坏的机理。最后考虑材料的损伤,进行有限元模拟,验证了模拟方法的正确性。     

420kV避雷器振动台抗震试验

通过对420 k V避雷器设备进行模拟振动台抗震试验,对其抗震性能提出评价。首先利用白噪声激励扫频得到实际设备的自振频率,进而分析结构的动力特性,同时对设备分别输入EL Centro波、汶川波和人工波,测定模型在不同地震作用下关键部位加速度、应变等主要参数,考核设备的抗震性能以及支架与上部设备的连接受力性能。试验结果表明,在不同的地震波作用下,输入不同地震波加速度峰值时,420 k V避雷器设备无结构损伤,具有一定的抗震能力,为后期评定避雷器设备的抗震性能提供一定的理论参考。     

混凝土框架震损与修复过程动力特性的试验研究

该文以地震下、修复中以及修复后遭遇地震的钢筋混凝土框架的动力特性为研究目的,进行了框架模型的初次振动台试验、震损后修复和再次振动台试验。试验对象为相似比1/4的双跨8层混凝土框架。在初次振动台试验中,框架模型经过31个工况地震波和5次白噪声的输入,结构破坏明显。其后,对框架损伤区域的裂缝进行压力注胶修补,并通过地脉动法和撞击荷载法监测修复过程中结构动力特性的变化。修复后,再次进行工况相同的振动台试验。试验结果表明:框架模型的频率随输入地震动幅值的加大而明显降低,阻尼比则随之明显增大;修复过程中,结构的频率和阻尼比逐步恢复,第一自振频率达到甚至超过模型的原有水平;修复后的再次振动台试验中,模型的频率降幅及阻尼比的增幅均低于初次振动台试验。结合两次试验中结构的变形幅度可知,结构动力特性与其抗震性能有密切的关系。通过动力特性指标的变化,能有效反映框架结构在震损及修复中的抗震性能。     

考虑主子结构动力相互作用的变电站抗震性能分析

为研究存在复杂体型和较大质量的电气设备的变电站结构抗震性能,进行了1:8的缩尺模型振动台试验,获得了结构体系在地震作用下考虑主子结构动力相互作用的整体抗震性能与结构破坏模式,同时建立了有限元数值模型对比分析试验结果。结果表明:①振动台试验模型的动力特性和地震响应结果与有限元数值模拟分析结果相一致,验证了考虑主子结构动力相互作用数值模拟模型的正确性;②带有复杂设备的变电站结构在地震作用下破坏形态与常规结构不同,电气设备的存在导致其支撑框架柱破坏现象明显,抗震设计时应采取适当的措施避免结构发生"强梁弱柱"失效模式;③大震作用下设备和结构相互作用明显,在依据抗震设计规范进行剪力计算时,应采用规范计算值的1.2倍;④电气设备的动力放大系数均大于所在楼层的动力放大系数值,其比值在1.2～1.4,超过了相应规范规定的数值,应予以重视。该变电站振动台试验与有限元模拟分析对类似生命线工程及带有复杂设备的工业建筑的抗震设计具有重要借鉴意义和参考价值。     

偏心爆炸荷载下网壳结构的动力响应分析

利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件平台建立了包含网壳杆件、檩托、檩条、铆钉、屋面板、墙体和地面在内的40m跨度精细化典型K8单层球面网壳结构有限元模型,采用流固耦合算法对结构在内部偏心爆炸荷载作用下的动力响应进行了有限元数值模拟研究,得到了网壳结构在偏心爆炸荷载作用下的四种响应模式：结构无损伤、构件塑性发展、网壳大变形、泄爆型破坏。获得了不同爆炸点位置、杆件截面、矢跨比、支承条件、屋面板厚度等参数条件下的结构动力响应结果,通过对比分析,总结了各参数对结构动力响应的影响程度与规律,为网壳抗爆防御设计提供了依据。     

地震载荷作用下岸桥结构单参数畸变相似模型研究

据动力相似理论设计合理的缩尺模型,用振动台模型对岸桥结构进行动力学试验分析。设计中的缩尺模型各构件(梁)长度可基于原形尺寸由相似比尺推导获得,而梁截面厚度却不能与长度按同一比尺缩小,致使模型产生畸变。采用有限元预测系数法获得畸变模型的动响应预测系数从而可预测原型的动态特性。为验证用该方法所得预测系数的有效性,以相似理论制作缩尺模型并使截面厚度产生畸变,对畸变模型进行锤击模态及地震振动台试验分析。结果表明,试验结果与有限元计算结果相近,结构发生最大加速度、应变位置相似,表明畸变预测系数合理。     

输电塔动力特性计算与模态试验研究

输电塔是国家电网的重要组成部分,具有结构高、跨度大、柔性强等特点,对风荷载反应灵敏。建立能反映输电塔动态特性的模型对风致振动控制至关重要。为研究输电塔理论模型的准确程度,分别建立3种输电塔实验模型,包括多质点模型、梁单元有限元模型和梁-杆混合单元有限元模型,并对其进行模态分析;同时采用锤击法,以单点激励多点响应(SIMO)的测试方法对输电塔实验模型进行模态测试。将各方案与测试结果进行比较分析,结果表明:梁-杆混合模型的求解精度高于另外两种计算模型的精度,能较好模拟输电塔的动力特性,是最优的输电塔模拟方案。     

滑动回归最小二乘算法在某电动振动台模型辨识中的应用

在分析电动振动台数学模型的基础上,利用先进的滑动回归最小二乘辨识算法,有效地开展了电动振动台这一复杂电力学系统阶数和时延的确认、参数估计,并建立了系统的ARMA模型.给出了某型电动台空台面和另一型振动台带滑台的模型辨识结果,并通过正弦扫频试验实例给出了模型验证.结果表明,该算法辨识精度高,收敛速度快,鲁棒性强,抗噪声能力强,在电动振动台系统辨识上能取得良好的效果.     

动圈式检波器的测试标定方法研究

依据动圈式地震检波器的互易性质,将检波器的电气特性与力学特性相结合,提出用正弦扫频激励代替传统的振动台激励来测试标定动圈式检波器特性参数的新方法。在深入分析动圈式检波器的结构、工作原理及性能特性的基础上,建立这一方法的数学模型,推导出正弦扫频激励下检波器频率响应的表达式,并得出6参数模型,然后以此为目标函数,对实测频率响应函数进行曲线拟合从而确定检波器的特性参数。理论分析及实测结果均表明:此方法稳定性好、准确度高、测试系统简单,适合检波器生产、维修、施工检测及标定使用。     

框支密肋复合墙结构振动台试验与数值模拟分析

基于1/6比例框支密肋复合墙结构模型的振动台试验,采用ABAQUS有限元软件,建立该结构的非线性有限元模型,并对该结构在试验的几种典型工况下的地震反应进行数值模拟计算,选取了具有代表性的加速度、层间位移角、结构破坏形态等分析结果,与试验结果进行对比。分析结果表明:数值模拟与振动台模型试验吻合较好,证明了模型试验的可靠性和数值模拟的合理性,进而得出了本结构的动力特性与地震响应基本规律,为今后该结构的工程实践和科学研究提供了基础。     

三维强化抛光振动台的试验模态分析与有限元分析

对三维强化抛光振动台的初始结构模型进行试验模态分析,获得各阶模态参数,分析其结构动力特性,并与有限元模态分析结果进行对比,验证有限元模型的正确性.进而为实现结构的优化设计提供依据.     

点导纳法的模态密度测试试验

模态密度能反映结构系统振动能量的存储能力,是应用统计能量分析法研究中高频动响应问题的重要参数。模态密度的实验获取常采用激励点导纳法。基于点导纳法原理,分别采用脉冲锤击和正弦扫频两种激励形式,测试一矩形铝合金板的模态密度,考虑传感器的附加质量,对测试结果进行修正。结果表明,激励形式对矩形铝合金板的模态密度的测试精度有较大影响;传感器的附加质量在不同激励形式下,相同频段内,对识别结果影响的差异明显;经过附加质量修正后,正弦扫频激励测试结果与理论值吻合性较好。     

凯威特型单层球面网壳在强震下的失效研究

动力强度破坏是网壳结构在遭受地震时的主要失效形式,准确的失效判别需要以基于材料损伤理论的分析为基础。为在动力时程分析中考虑材料损伤累积的因素,编制了基于有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性,实现了网壳结构考虑材料损伤的动力有限元分析。对单层球面网壳在强震下的失效特点进行了系统的参数研究,探讨了考虑材料损伤因素对网壳失效特征的影响;综合网壳失效时刻的多项特征响应,拟合了能够评估网壳动力损伤程度的损伤模型;基于损伤模型表示的网壳极限状态的物理意义,建立了适用于跨度40m的凯威特单层球面网壳强震失效判别准则,可用之判定网壳在强震作用下的失效极限荷载。     

声表面波温度传感器抗干扰技术研究

目的设计一种声表面波(SAW)温度传感器抗干扰技术,以提高温度测量的稳定性。方法分析SAW谐振器(SAWR)回波特性,建立SAWR回波信号熵能量模型,发现SAWR回波信号的衰减过程与熵能量的上升过程对应。当回波信号达到噪声水平时,熵能量的单调上升过程消失。为了抑制正弦干扰设计一种改进型自相关算法,利用该算法对信号进行去噪的同时使谐振器回波信号的衰减特性和正弦干扰的等幅特性得到保持。结果根据模拟仿真结果设置了SAWR回波信号的检测阈值(V_(thre)=1),并对该阈值进行了蒙特卡罗仿真实验。仿真结果表明,当信号信噪比大于4dB时,SAWR回波信号的检测率达到86%,而正弦干扰误检率小于0.5%。最后应用该算法对实际的正弦信号和SAWR回波信号进行了检测,得到的误检率接近于0。结论实验结果显示,所设计的算法可以用作声表面波温度传感器的抗干扰技术。