门式框架结构的瞬态波动响应和自振特性研究EI北大核心CSCD

研究门式框架结构在瞬态波动作用下的动力响应求解和自振特性分析问题。建立了局部坐标系下节点位移协调条件和力平衡条件,借助回传射线矩阵法,得到了方波脉冲激振力作用下的门式框架结构的动力学响应函数。在此基础上,通过离散Fourier逆变换和卷积变换,得到单位脉冲作用下框架结构的瞬态波动响应,并进一步探讨了门式框架结构的自振频率和模态特征。     

基础竖向多频参数激励下圆弧拱平面内动力失稳研究

地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内径向和切向振动的耦合控制方程,求解了圆弧拱平面内失稳前的动轴力与动弯矩解析解。引入拱轴线不可压缩假设,解决了圆弧拱平面内动力控制方程的解耦问题。利用伽辽金法建立了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内二阶常微分动力稳定方程,运用多尺度法推导了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内动力失稳的临界激励频率解析公式,得到了圆弧拱同时发生一阶反对称参数共振和二阶正对称共振失稳的动力不稳定域,并利用有限元数值分析验证了理论解析解的正确性。进一步分析了拱矢跨比、长细比和圆心角对动力不稳定域的影响。     

跨平面球体平衡器振动抑制机理的研究EI北大核心CSCD

传统球体平衡器一般将平衡球约束于一个或多个平面圆环滚道中,事实上,球体具备沿转子轴线方向跨平面运动的能力,可用于转子质径矩的调节。提出了一种跨平面球体平衡器结构,对其振动抑制机理进行了研究。首先,应用拉格朗日方程建立了带有跨平面球体平衡器的转子系统振动模型;其次,分析了转子系统平衡解的组成,应用Floquet理论对系统周期解进行稳定性分析,得到了平衡球质量、转子支承刚度、支承阻尼和球体阻尼等参数对转子系统稳定性的影响,确定了不同参数条件下系统稳定区域分布;再次,通过数值计算分析验证了各稳定区内部系统的稳定性与平衡器的平衡能力;最后,进行了相关试验研究,验证了平衡器的有效性与仿真结果的正确性。结果表明,在高速阶段的稳定区中,平衡球可通过跨平面运动实现转子质径积与质径矩的双平衡。     

弯曲梁柱结构平面外失稳的研究

研究了两节梁组成的弯曲梁在受竖向集中载荷作用下的平面外稳定问题,通过建立每节梁临界状态下弯曲和扭转变形微分方程,根据变形协调关系,得出了一端固定一端悬臂的弯曲梁平面外失稳的特征方程,并以等截面等长度梁构成的弯曲梁为对象,探讨了弯曲梁上拱和上翘对其平面外稳定性的影响,以及抗扭刚度对稳定性的影响。结果表明,同样的载荷作用幅度和梁高度,采用上拱的弯曲梁比直梁具有更高的侧向稳定性,并且存在一个最佳的弯曲角度,而上翘弯曲梁的侧向稳定性要低于直梁的侧向稳定性。当弯曲梁上翘时,增大抗扭刚度可以提高侧向稳定性,弯曲梁上拱时,增大抗扭刚度却会降低其侧向稳定性。     

平面射流的汽车天窗风振降噪特性EI北大核心CSCD

为探究平面射流对汽车天窗风振噪声的降噪机理,使用大涡模拟对带有平面射流的现代简易车厢模型进行数值仿真,分析了射流参数改变时平面射流的降噪效果变化。结果表明:添加平面射流后脱落漩涡的运动轨迹发生变化,车厢内的压力波动降低,风振噪声得到抑制;更大的射流速比和射流开口宽度能带来更好的降噪效果;不同射流角度下的降噪效果不同,降噪效果最好的射流角度区间约为110°~130°;探究了射流参数、射流轨迹与降噪效果之间的关系,为平面射流降噪装置的开发设计提供参考。     

红砂岩粗粒土动力试验及颗粒破碎模型研究EI北大核心CSCD

铁路路基建设需要经过泛红砂岩地区,红砂岩路基的稳定性对列车安全起到至关重要的作用。为研究列车荷载对红砂岩粗粒土动力特性以及颗粒破碎的影响,采用室内大型动静三轴试验系统,开展动力荷载下的红砂岩试样动力响应测试,分析了粒径大小、加载次数对轴向应变、动力软化以及颗粒破碎的影响。根据动力破碎三轴试验结果,构建了动力作用下的颗粒破碎模型,并对模型进行了验证。研究结果表明:在加载次数一定的条件下,颗粒粒径越大对应的轴向应变越大;颗粒粒径越小,越早完成颗粒破碎及土体结构调整。粗粒土软化曲线呈半对数关系,颗粒粒径越大,软化系数越小。动力荷载下,大粒径颗粒主要演化为下一级粒径颗粒和细小粒径颗粒,破碎形式为研磨,存在一个极限破碎级配。根据动力破碎试验建立了动力破碎的概率密度函数f,构建了动力条件下的颗粒破碎模型。该模型能够较好的模拟动力作用下的颗粒破碎过程。Marsal颗粒破碎率Br与颗粒破碎模型中的死亡率Ps-t呈线性关系。研究结果能为铁路路基工程相关设计提供一定的理论参考价值。     

中空夹层钢管混凝土组合框架的拟动力试验EI北大核心CSCD

以高强单边螺栓连接的中空夹层钢管混凝土柱与型钢-混凝土组合梁是一种装配式框架组合结构。为了研究该组合结构在罕遇地震时的动力响应和局部构件的变形损伤,使用OpenSees软件和MTS液压伺服加载设备进行了多层框架拟动力试验,其中易于损伤的底部两层框架设置为试验子结构。具有水平随动能力的轴力加载是试验的技术难点之一,将省略轴力的简化边界和具备水平随动轴力的近似边界进行对比试验,结果表明:罕遇地震作用下,装配式框架的梁柱节点率先屈服,节点转动耗散了地震能量,从而避免梁端出现塑性铰;使用高强单边螺栓连接的梁柱节点属于半刚性连接,导致框架的层间位移角略大于抗震规范2%的限制;轴力略微有利于增加中空夹层钢管混凝土柱抗侧移刚度,省略轴力的试验加载方案是一种可接受的边界简化。     

基于TI介质模型的沉积谷地对平面SH波的放大效应EI北大核心CSCD

在TI场地平面外动力刚度矩阵的基础上,推导出斜线均布荷载动力格林函数,进而以该格林函数为基本解建立间接边界元方法求解了沉积谷地对平面SH波的散射问题。文中验证了方法的正确性,并分别将沉积内部和外部介质考虑为TI介质,在频域和时域内进行了计算分析。研究表明:沉积TI参数的改变主要导致了沉积自身动力特性的改变,进而使得沉积表面位移幅值放大谱的峰值频率和谱值均发生明显改变;半空间TI参数的改变则导致了各方向上半空间与沉积阻抗比的改变,因而对放大谱的峰值频率影响较小,其影响主要体现在峰值大小上;另外,通过求解Ricker波输入下沉积附近观测点的位移幅值时程发现,沉积和半空间的TI参数亦对弹性波在含沉积半空间中的传播有着显著影响。     

铰接式基础风力机数值程序开发与响应研究EI北大核心CSCD

针对50 m作业水深提出了一种新型铰接式基础海上风力机结构,建立了铰接式基础风力机(AOWT)摇摆运动分析模型。采用空气动力-水动力耦合分析方法,利用MATLAB软件在时域内编写运动控制方程,对风、浪、流不同环境载荷作用下铰接式基础风力机的动力响应进行分析,在此基础上,进一步研究湍流风对风力机整体运动及载荷响应影响。计算结果表明,额定风速海况下,铰接式基础风力机运动及载荷性能良好,满足结构设计要求。相比于定常风情况,湍流风作用下,系统响应均值显著减小,但幅值变化加大,且在低频范围内诱发较大共振。     

非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究EI北大核心CSCD

在西安市地裂缝活动性逐渐减弱并趋于稳定的背景下,以西安唐延路地下人防工程处f4地裂缝为研究对象,进行了跨越地裂缝结构有限单元类型选择,利用有限元ABAQUS分析软件建立了普通场地和地裂缝场地上考虑配筋位置和数量的三维实体框架结构精细化模型,并将计算结果与地裂缝振动台模型试验结果进行了对比。通过框架结构层间位移及位移角定量分析,找出了非一致地震激励下地裂缝对上部框架结构的影响规律。计算结果表明,地震作用时地裂缝的存在加剧了上部结构的破坏,跨地裂缝结构的地震响应与地震类型、地震强度、楼层位置有关。随着地震强度的增大,跨地裂缝结构动力响应显著增大。     

基于对偶神经网络的动力方程精细积分法EI北大核心CSCD

针对一般动力学方程,提出了一种用于求解具有任意非齐次项动力学方程的对偶神经网络精细积分算法。在时间域内,对动力学非齐次方程求解中涉及到的积分运算,选用一组神经网络同时逼近被积函数和原函数,然后通过牛顿莱布尼茨公式实现积分项的求解。该方法利用神经网络的函数拟合优势,具有对时间步长不敏感,不需要对矩阵求逆,不对非齐次项进行假设等优点。通过算例与精细积分法、威尔逊-θ、广义精细积分法等方法进行比较,计算结果表明该方法精度较高、适用范围广。     

基于时间有限元的弹簧摆动力学新解法EI北大核心CSCD

弹簧摆问题是一种刚柔耦合的非线性动力学问题,随着电力技术的发展,弹簧摆在高压电塔减震方面获得了大规模的应用,但其动力学仿真还存在很多不完善之处。对此该文提出了一种利用时间有限元与保辛递推算法求解弹簧摆问题的新方法。该方法通过对弹簧摆的非线性摆动问题进行了近似积分处理,并对作用量采用矩形和梯形积分的方法获得保辛递推的形式。在提高求解速度的同时,提高了长时间求解的数值稳定性。为了体现了该文方法在求解内共振系统上的速度和稳定性优势,同已有结果进行两次对比,显示本算法较传统算法的计算速度、时间稳定性与精度上均存在一定优势。最后初步讨论了采用该方法求解大摆角混沌问题的途径。     

建筑物内气体爆燃下结构动力特性研究EI北大核心CSCD

建筑物内部可燃气体混合物爆燃压力受燃气特性、气流泄放和内部环境等影响,一般具有峰值多、作用时间长的特点,与结构抵抗化爆冲击波荷载计算相比,室内气体爆燃下结构动力响应分析需考虑初始静载与动载耦合、荷载发展时程等因素。考虑变形速率引发材料强度的变化,修正结构抗力函数,建立等效单自由度简化计算模型,并用实验数据进行验证。计算表明:结构响应受爆燃荷载整个发展历程影响,计算时考虑初始正向静载、忽略阻尼影响均会引发结构动位移显著增大,沿用化爆荷载作用下结构简化计算方法应考虑上述特点。     

半穿式应急钢桁梁上弦杆面外屈曲临界力研究EI北大核心CSCD

根据半穿式应急钢桁梁的结构特点和屈曲特征,将其上弦杆简化为侧向弹性支撑下的连续梁,考虑轴力分布、支撑条件及挠曲线形式建立四种平面模型,采用能量法推导其面外屈曲临界力解析解,并建立不同跨径半穿式应急钢桁梁整体模型,通过理论结果与仿真结果的对比分析,探讨各平面模型的优缺点及其适用性,旨在提出便于工程应用的屈曲临界力计算方法。研究结果表明:四种平面模型的稳定方程和屈曲临界力解析解形式各不相同;基于给出的临界刚度计算公式,结合实际支撑刚度和临界刚度的关系,可初步确定屈曲半波数;半穿式应急钢桁梁稳定性与跨径密切相关,线弹性稳定系数随跨径增大逐渐减小,且屈曲模态半波数有所增加,但失稳时上弦杆最大轴力基本保持不变;相比整体模型和文献算法,模型Ⅰ、Ⅱ结果过于保守不宜直接采用,模型Ⅲ、Ⅳ计算误差较小,由于模型Ⅳ计算过程繁复,而模型Ⅲ简单实用,综合考虑准确度和实用性,建议采用模型Ⅲ作为屈曲临界力计算的首选方法。     

一体化内嵌墙板与梁柔性连接钢框架结构抗震性能研究EI北大核心CSCD

一体化内嵌墙板用于钢框架结构可进一步提高装配率,为了提高一体化内嵌墙板的安装效率并减少其对主体结构抗震性能的影响,提出了一种“上挂下坐”式柔性连接方法。为了验证该柔性连接的可靠性并探明采用该方法连接的一体化内嵌墙板对钢框架结构抗震性能的影响,通过低周反复荷载试验和有限元分析研究了多种工况下单榀及空间钢框架结构的受力性能。结果表明:“上挂下坐”式柔性连接可靠,“上挂”区未见明显损伤;墙板与框架柱之间填充轻质泡沫材料,利于耗能且能降低框架结构损伤;采用“上挂下坐”式柔性连接的一体化内嵌墙板对钢框架结构抗震性能的影响分为三个阶段,其中小震下不参与主体结构抗侧,当层间位移角大于1/174时,其对刚度的贡献逐渐显现且存在随机波动性;大震下一体化内嵌墙板可等效为“只受压不受拉”的斜压杆单支撑模型,考虑内嵌墙板作用后基底剪力、塑性铰数量、层间位移角均显著增大或增多,其刚度的随机性对层间位移角和塑性铰存在影响、对基底剪力基本无影响。研究成果可为采用柔性连接的一体化内嵌墙板用于钢框架结构提供参考依据。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究EI北大核心CSCD

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

滚石冲击EPE-砂土复合垫层明洞动力响应研究EI北大核心CSCD

明洞顶部铺设缓冲垫层是提升明洞结构抗滚石冲击性能的重要措施之一,传统垫层主要以砂土材料为主,存在自重大、缓冲效果差等缺点。为此,引入具有轻质、高回弹性能的发泡聚乙烯(expandable polyethylene,EPE)材料,并与砂土组成EPE-砂土复合明洞垫层结构,采用物理模型试验及数值模拟手段,开展滚石冲击EPE-砂土复合垫层明洞动力响应研究及优化设计。研究表明:当垫层总厚度一定时,与传统砂土垫层、纯EPE垫层相比,EPE-砂土复合垫层在减缓滚石冲击力和降低下覆顶板应力及位移上均表现出更好的耗能缓冲效果;进一步,将EPE-砂土复合垫层应用于汶马高速桑坪隧道明洞工程中,通过多组工况数值模拟计算表明:当垫层总厚度设计为1.5 m时,在最大滚石设计冲击能级(1621 kJ)条件下,EPE-砂土复合垫层采用厚度比值为4∶1(砂土材料1.2 m,EPE材料0.3 m)时具有最佳防护效果。研究成果可为明洞工程EPE-砂土复合垫层设计提供理论依据及技术支持。     

惯性平台内、外框架结构系统的动力响应分析

应用有限元数值计算方法,对某型号惯性平台内、外框架结构系统进行了动力响应分析,得到了结构系统在承受正弦周期载荷时的响应曲线、谐振频率、谐振频率点的振型及最大振幅,建立了平台内、外框架结构系统(外框架→内框架→台体)各部分响应的传递关系。通过分析计算,对如何提高结构系统的动态性能提出了方法和建议,为今后型号的改进和设计奠定了基础。     

新型装配墙式质量调谐阻尼器抗震性能研究EI北大核心CSCD

调谐质量阻尼器(tuner mass damper,TMD)是现阶段公认有效的结构振动控制设施,但传统TMD存在占用建筑大量使用空间、增加建造成本、构配件不可更换的问题。该研究设计了一种装配墙式调谐器阻尼器(wall-tuned mass damper,WTMD),该墙体可充分利用传统墙体质量,节约使用空间,装配式的构造可实现TMD参数的调节和配件的及时更换。为了使减震TMD墙具有更好的减震性能,建立了TMD结构耦合运动方程,分析得到其理论参数最优值,并通过对比无控结构和墙式TMD结构的传递函数,对理论减震性能进行验证,最后进行振动台试验进一步验证其减震效果。结果表明,装有新型装配墙式减震TMD的受控结构,自振频率较无控结构有所降低,延长了结构振动周期。减震TMD墙体具有较好的减震作用,且随着加速度峰值增加,减震效果越发明显。     

基于特征映射平面的塔机塔身钢结构损伤快速识别方法EI北大核心CSCD

为有效地提高塔机运行状态在线监测效率,提出一种塔机塔身损伤状态快速判别方法。构建塔身不同损伤位置组合状态下的塔机结构,并采集恒定载荷工况各损伤状态下的塔机回转一周时的塔身顶端空间位置数据集;将空间位置数据进行3个弦函数和拟合,提取拟合得到的正弦函数的幅值、频率、相位等特征向量集;将各损伤状态在x轴和y轴方向上拟合的特征向量集作为三角形顶点构建特征平面集,并以完好状态下的特征平面作为参考平面,计算其他平面与参考平面在两坐标轴方向的夹角;采用夹角值作为损伤状态评判依据,并将各状态对应的夹角值映射到平面内,对损伤结果进行可视化处理。采用该方法对塔机实体模型和物理模型状态数据进行分析,验证了该算法在塔机塔身损伤状态识别上的快速、有效性。