地震荷载作用下确定土的阻尼比的频域分析法

为了从频域角度分析地震荷载作用下土的阻尼比,将随机过程理论引入土阻尼比分析中,并提出了一种基于傅里叶变换的频域分析法,最后通过试验及数值分析手段验证了利用该方法确定土的阻尼比的可行性。结果表明:通过傅里叶变换的频域分析方法得到的地震荷载下土的阻尼比是一个与频率相关的函数;任意一种土及地震波都可得到一条"阻尼比-频率谱"。实际工程应用时,建议将土阻尼比看作随地震波输入过程而动态变化的参数。通过此频域分析法可找到每类土、每种地震波作用下的"阻尼比-频率谱",即可得到土的动态阻尼比参数。以期为随机荷载作用下土阻尼比的确定提供参考。     

Numerical simulation of rolling for 3-D ship with forward speed and nonlinear damping analysis

Strongly nonlinear characteristics of ship roll owing to viscous effect can be usually observed. To describe the nonlinear roll behavior, the CFD method has been frequently employed with obvious advantages compared with the traditional semi-empirical formula method in estimating the roll damping. Numerical simulations of free decay and forced rolling at various forward speeds and amplitudes for a 3-D ship hull are conducted in the present research to predict ship roll damping, in which a RANS solver is employed and a dynamic mesh technique is adopted and discussed in detail. Numerical results, including nonlinear flow characters around ships, rolling decay curves and damping coefficients, show that they are all in good agreement with available experimental data. The linear and nonlinear damping coefficients are estimated and analyzed by fitting with exponential functions for various rolling amplitudes, frequencies and speeds in the free decay simulations, and the damping coefficients are obtained by a polynomial fitting in the forced roll simulations. It is indicated that the damping coefficients increase with increasing rolling angle amplitude and velocity. It is also emphasized that the effect of forward speed is significant to roll damping and the nonlinear damping decreases with increasing velocity.     

室内动力模型试验中辐射阻尼效应的模拟

在评价大型结构的地震响应时，基础的辐射阻尼效应必须以适当的方法计入。本文研究在室内振动台动力模型试验中应用阻尼边界对辐射阻尼效应的模拟方法。通过利用黏滞液体的剪切黏性形成人工边界切向边界阻尼，实际阻尼系数易于调整控制。对于法向边界阻尼的影响，通过对试验模型的数值模拟对比计算进行了论证。结果表明，在仅施加切向边界阻尼的条件下，就能够消耗大部分由边界外传的能量，是可行的模型制作方案，大大降低了试验模型制作难度。     

阻尼矩阵建模方式对高土坝地震反应计算的影响

为研究阻尼矩阵对地震反应的影响,通过理论分析讨论高土石坝地震反应中常用阻尼模型的特点和适用范围。建立有限元模型,基于不同阻尼矩阵建模方式计算高土坝在不同地震波激励下的地震反应,并和频域内计算结果进行比较分析。结果表明：以坝体基频构建的阻尼模型,将低估坝体加速度反应,而且随着坝高增加,误差明显增大,对位移反应影响较小;综合考虑地震波频谱特性构建阻尼矩阵进行地震反应分析计算可能会达到更好的计算精度。     

三轴循环荷载下大理岩阻尼参数的试验研究

在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上对大理岩在4级不同围压下进行试验,每级围压下分3级动应力进行循环加卸载,得到三轴应力状态下大理岩阻尼比和阻尼系数与不同应力状态之间的变化规律。通过试验发现：在同一级应力状态下岩石塑性变形随着加载次数的增加逐渐增大,每次动循环岩石的能量耗散随着σ_max/σ_c 和围压σ₃ 的增大而增大;同一级围压下,阻尼比和阻尼系数随着动应力振幅增大而递增,且随着围压的增大,递增的速率呈现出变快的趋势;在相同的σ_max/σ_c 下,阻尼比和阻尼系数随着围压的增大而递增,且随着σ_max/σ_c 的增大,递增的速率呈现出变快的趋势。岩石在高应力条件的循环荷载下,内部微裂纹扩展程度和新裂纹产生的数量和规模以及不可逆塑性变形更大,高应力水平下的每次循环荷载能量耗散也相应增加。     

土石坝动力分析中的阻尼模型研究

阻尼模型对土石坝动力计算结果有着很重要的影响,各种响应都是阻尼的函数,能否正确估计阻尼,直接影响到结构动力分析结果的可靠性。目前在工程实际应用中,阻尼系数大多只考虑土石坝的自振特性。通过分析表明,地震波频率特性对土石坝地震响应有着重要的影响,尤其对高土石坝影响更大。通过探讨几种考虑地震动频率特性的现有的阻尼模型,为土石坝动力计算中阻尼模型的选取提出建议。     

基于大型动三轴试验的筑坝砂砾石料动模量和阻尼比研究

为获得筑坝砂砾石料的动模量、阻尼比参数及其影响因素和影响规律,采用大型动三轴试验仪,对某沥青混凝土心墙砂砾石坝的筑坝砂砾石料进行了动模量、阻尼比试验,研究了筑坝砂砾石料的动应力-动应变特性,分析了围压对最大动模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并以修正等效线性模型为基础,确定坝壳料和过渡料的动模量和阻尼比等特性参数。试验结果表明:随着围压增大,筑坝砂砾石料的动剪切模量增大,阻尼比减小;随着动应变的增大,动剪切模量比逐渐减小,阻尼比变大;修正等效线性模型引入归一化动应变,能较好地消除围压对动模量衰减规律和阻尼比的影响,能较准确地反映筑坝砂砾石料的动力变形特性。研究成果可为类似工程提供借鉴和参数 。     

Direct calculation method of roll damping based on three-dimensional CFD approach

The effect of roll damping on the prediction of a ship's motion is significant. A method based on the 3-D CFD approach for calculating the roll damping of a ship is proposed in this paper. The free decay experiments of 4 different types of ships at zero velocity are carried out. The roll damping coefficients are calculated and compared with the experiment results, with a good agreement. It is shown that the method adopted in this paper could be used to simulate the free rolling of a ship in the calm water at zero velocity very well and with good, stable accuracy for the prediction of the roll damping, and also with good applicability. This method may be further developed for the prediction of a full scale ship in the future.     

Numerical simulation and comparison of potential flow and viscous fluid models in near trapping of narrow gaps

Numerical simulation results of fluid oscillation in narrow gaps subjected to incident water waves are presented in this paper. Both viscous fluid model and potential flow model with artificial viscous damping are employed to investigate wave motions in a single narrow gap separated by twin bodies and double narrow gaps formed by three identical bodies. Variation of wave heights in the narrow gaps with incident wave frequency is compared with experimental data available in literatures. The numerical results demonstrate that both the viscous fluid model and the potential flow model are able to predict the resonant frequency reasonably well. However the conventional potential flow model (without introducing the artificial viscous damping) significantly over-predicts the wave height in narrow gaps around the resonant frequency. The potential flow model with artificial damping predicts resonant wave heights well with a properly tuned (or calibrated) damping coefficient. The horizontal wave force on the individual body is also examined in this work. It is found that a properly calibrated damping coefficient is also very important for estimating the horizontal wave forces on the structures. A damping coefficient of 0.4 in the potential flow model is found to result in satisfactory predictions of wave heights in the narrow gaps and the horizontal hydrodynamic force for the cases considered in this work.

     

P-SV波斜入射时有阻尼成层介质自由波场的一维化时域算法

为了研究土层介质阻尼对自由波场计算的影响,在一维化时域算法基础上,采用有限差分方法,推导建立了考虑阻尼影响的水平成层弹性介质平面内自由波场求解的显式的数值逐步法公式,并采用MATLAB程序语言编制了相应的数值计算程序,进行平面内P-SV波斜入射情形下均匀弹性土层的算例分析。结果表明:阻尼对水平成层弹性介质平面内的自由波场有着重要的影响,与无阻尼均匀土层相比,P波斜入射下有阻尼均匀土层的水平和竖向位移幅值分别可减小53.1%和26.5%,SV波斜入射下水平和竖向位移幅值分别可减小48.2%和31.7%;阻尼使均匀土层自由表面的位移幅值明显减小,而中、下部节点的位移幅值减小相对较小。由此可见,土层介质阻尼对成层半空间平面内自由波场一维化计算的影响不可忽视。     

水泥土-土复合试样的动力特性

通过动三轴试验研究了水泥土复合试样的动模量和阻尼比的变化规律，着重研究了置换率和围压的影响，提出了一种简单实用的计算复合试样动模量和阻尼比的方法，并给出了由试验确定的归一化公式。通过本文的研究可以得到下列结论：复合试样的动弹模量E、阻尼比D和应变水平ε的相关曲线与纯黏土的有关曲线形状基本一致，只是在相同应变时数值大小不同；经过置换后，复合试样的最大动模量比纯黏土的最大动模量提高，而阻尼比减小；在相同的应变水平下，随着围压的增大，动弹模量增加而阻尼比减小；围压较小时，置换率对最大动模量的影响更加显著，当置换率较小时，围压对最大动模量的影响更加显著。研究结果对水泥搅拌桩复合地基动力特性参数的选取提供了有用的参考。     

带阻尼绕组的水轮发电机空载灭磁仿真

对转子带阻尼绕组的空载水轮发电机误强励时的灭磁进行了仿真计算。针对用非线性或线性电阻灭磁，以及用近似的分析表达式来考虑发电机空载特性的饱和，建立了微分方程组的数学模型，并利用差分法的数值计算，对三峡水电厂700 MW水轮发电机灭磁的实例进行仿真，得出了灭磁过程中磁场电流、电压和d轴阻尼绕组电流的变化曲线,以及灭磁时间和灭磁电阻、磁场绕组、d轴阻尼绕组吸收的磁场能量，并且给出了灭磁过程中空载发电机端电压在d,q轴分量的变化曲线。重点评价了水轮发电机转子阻尼绕组在灭磁过程中的作用。     

水面漂浮油层消波作用的分析与计算

本文基于文献「６」中对两种半无限流体界面稳定性分析的思想，以海面上漂浮油层的油－水－气系统为研究对象，考虑流体粘性及界面张力的影响，在线性范围内对油－水界面波的阻尼率提出了一种分析方法，并通过数值计算，给出了界面波波长，油层厚度等因素对油是面被阻尼率的影响。     

三种原状土动力特性试验研究

动剪模量和阻尼比是土动力分析中最重要的参数,是土动力计算和场地地震安全性评价中不可或缺的内容,一般通过室内共振柱试验得到。影响原状土动剪模量和阻尼比的因素很多,土体的埋深是不可忽略的因素之一。采用GCTS共振柱仪器分别对不同深度下粉质黏土、强风化粉砂质泥岩、强风化砂岩3种原状土样进行试验,得到了不同埋深对土样动剪模量、阻尼比的影响关系。利用H-D模型对数据进行处理,得到土样的最大动剪切模量和最大阻尼比。并给出了最大剪切模量与埋深计算公式,得到不同埋深下G/G_(max)~γ、λ~G/G_(max)的关系式,间接得到了阻尼比与剪应变的关系,并对不同埋深下的G/G_(max)~γ、λ~G/G_(max)进行归一化处理。结果表明,土体埋深对动剪模量比和阻尼比影响较小。研究成果对实际工程具有一定的参考价值。     

水力自控翻板闸门撞击分析及减震措施

以某水力自控翻板闸门为例,利用有限元模拟方法,将闸门撞击前的速度施加到所建立的模型上,模拟分析闸门撞击时的反应。鉴于闸门撞击速度较大的问题,提出采用在闸门撞击部位加橡胶垫减震的措施,并对闸门是否加橡胶垫的减振效果进行对比分析。所得成果可为同类闸门的设计和运行提供参考。     

非对称尾部形状水翼水力阻尼识别方法研究

水力阻尼是影响流激振动幅值预测精度的关键参数,是水力机械流激振动领域研究的热点问题。非对称尾部形状水翼在涡激振动和升力的联合作用下,振动响应的平衡位置具有时变特性,采用传统自由振动衰减法获得的水力阻尼比误差大幅度增加,甚至失效。为了克服传统自由振动衰减法应用局限,本文借助双向流固耦合数值模拟方法获得流激振动响应位移,通过带通滤波结合平衡位置校准,研究了动水环境中对称和非对称尾部形状水翼水力阻尼的识别方法。结果表明,数值模拟可较准确获取低阶结构模态和尾部旋涡脱落频率,相比实验结果,低阶弯曲模态频率、低阶扭曲模态频率和15 m/s流速下脱落涡频率最大偏差分别为7.58%、2.90%和1.42%;带通滤波可消除周期性涡激振动对响应信号的影响,水力阻尼比识别偏差度从7.51%下降到1.92%;平衡位置校准方法可采用多项式拟合法、线性插值法和光滑样条曲线法,所对应的水力阻尼比识别偏差度分别为34.93%、3.53%和0.16%。工程上,可优先推荐滤波结合线性插值法,在需要高精度水力阻尼比的场合,则必须采用滤波结合光滑样条曲线法。     

船体各种剖面的横摇阻尼与旋涡的形状

本文运用求解N－S方程的手法研究船体的横摇阻尼问题。利用作者原先提出的计算方法，数值模拟船体各种二维横剖面在横摇时的粘性流场。计算结果表明涡的位置与实验结果相当吻合，同时给出了横摇时各种横剖面的剪切应力与压力分布，比较各种不同剖面的旋涡形状可以发现，对于船舯附近的剖面，船体周围有两个涡，而对于船首或船尾附近的剖面，船体周围只有一个涡。利用这一数值模拟结果计算了包括粘性影响的横摇阻尼，计算结果表明横摇阻尼中压力成分比剪切应力成分要大。     

大型水工渡槽减隔震机理与效应分析

渡槽由于槽体及其水体的巨大载荷,地震时,动力反应强烈,按传统抗震设计理论难以保障其安全性.采用简化多质点模型,横槽向按Hosner考虑水体作用结合某渡槽减隔震参数设计,分析研究渡槽隔震机理及效应.控振计算表明,采用减隔震装置是解决渡槽抗震安全的可行措施,适度延长隔震结构周期与调整阻尼是控制渡槽振动的有效途径.并提出,减隔震频率除必须满足低于原结构频率的0.5倍外,还与地震频率有关,同时受到槽内振荡水体晃动频率的制约.     

水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响分析

基于水轮机及其调速系统的典型模型,推导了转子的机械阻尼力矩系数;采用非线性规划的方法,对典型参数范围内的机械阻尼力矩系数进行了极值分析。分析发现,水轮机及其调速系统提供的负阻尼转矩,可能导致电力系统呈现弱阻尼甚至负阻尼状态,进而可能发生强迫共振和负阻尼两种形式的低频振荡。该分析结果在频域和时域仿真中都得到了验证,对低频振荡的分析及抑制有现实意义。