考虑地基变形时超高层建筑束筒结构的半解析自由振动分析

该文建立了超高层建筑束筒结构与其基础、地基共同工作的具有连续分布质量特性的三维半解析自由振动分析模型,也就是将超高层建筑束筒结构等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上的具有连续分布质量特性的加劲薄壁筒组合体,然后选取适当的节线对其进行划分,并用定义在这些节线上的形变未知函数作为广义坐标,把超高层建筑束筒结构的自由振动问题,运用能量原理转化为这些未知函数的常微分方程组的特征值问题,再利用高质高效的常微分方程求解器进行求解。算例结果表明:模型的简化是合理的、可行的。并总结出了几点有工程参考价值的结论,从而为超高层建筑束筒结构考虑地基、基础以及上部结构的整体动力分析提供了一种新的分析方法。     

高层筒体结构的自由振动浅论

本文提出了一种利用惯性力的分量值代替外部荷载矢量Ｚ的法向分量，则筒体自由振动的动力学问题更转化的相应的静力学问题，于是筒体内力便易于求解。园形横截面筒体是一种截面为封闭式的薄壁园形壳体，研究筒体在风载作用下的动问题，首先需分析它们自由振动，并对其空间受力特点进行探讨。     

超高层建筑束筒结构受确定性动力作用的半解析分析

将超高层建筑束筒结构与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上具有三维连续分布刚度和质量特性的加劲薄壁筒组合体,并以此模型,对其在多维简谐动力作用下的稳态反应进行了半解析分析,并计算出了共振响应,那就是当激励荷载的频率与结构系统的自振频率很接近时,结构的动力响应会出现非常大的突变。计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的,从而为超高层建筑束筒结构的整体动力分析提供了一种可行的方法,并给出了几点对此类结构的抗震设计有指导意义的结论。     

不平衡转子涡动对鼓筒振动特性影响

针对叶轮机械中鼓盘式转子,考虑转子涡动与鼓筒振动间耦合作用,建立轮盘-鼓筒-转轴系统动力学模型,分析不平衡转子涡动对鼓筒振动特性影响。结果表明,不平衡转子涡动仅与环向波数为1的鼓筒弹性振动模态耦合;转轴支撑刚度为线性时,转子稳态运动轴心轨迹为圆形,不平衡转子涡动不直接引发鼓筒稳态弹性振动;转轴为非线性支撑时,转子稳态运动轴心轨迹变复杂,不平衡转子涡动会引起鼓筒小幅稳态振动。     

Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛,但其在高阶频率及深梁计算中误差较大,利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程,由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量,因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算,所求结果与理论基本无误差,从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果,从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。     

Winkler-Pasternak弹性地基FGM梁自由振动二维弹性解

基于二维线弹性理论,建立Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度(Functionally Graded Material,FGM)梁自由振动控制微分方程。假设材料物性沿梁厚度方向按幂律分布,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)数值求解4种不同边界FGM梁自由振动无量纲频率特性。将计算结果与Winkler-Pasternak弹性地基梁对比表明,该分析方法对弹性地基梁自由振动研究行之有效,并考虑边界条件、梯度指数、跨厚比、地基系数对FGM梁自振频率影响。     

筒中筒结构协同分析新方法

在结构连续化假定的基础上,将内筒和外筒视为铁摩辛柯梁,同时考虑内筒和外筒的剪切与弯曲变形,建立了筒中筒结构协同分析的哈密顿对偶体系,导出了相应的状态空间方程,其系统矩阵具有辛矩阵的特性,可用精细积分法求该体系的高精度数值解。提出了一套分析筒中筒结构协同工作的新方法,利用这种方法对筒中筒结构进行协同计算,计算简捷明了,编制的计算程序能应用于这类结构的初步分析,为结构方案的确定和结构设计提供了较为准确的依据。     

筒承式钢筋混凝土立筒群仓的自由振动分析

建立了筒承式钢筋混凝立筒群仓自由振动的分析模型,将其简化为n段竖向广义Timoshenko梁的组合体。选取各段梁中性面的挠度和横截面绕中性轴的转角为基本未知函数,利用能量原理,将筒承式钢筋混凝土立筒群仓的自由振动问题,转化为由这些未知函数组成的常微分方程组,然后利用常微分方程求解器(ODE solver)求其数值解,得到自振频率和振型,并将数值解与相应的试验数据进行对比,以验证数值方法的有效性和精确性,从而为筒承式钢筋混凝土立筒群仓的动力特性分析研究了一种新的方法。     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁自由振动分析

利用Winkler地基梁理论,考虑有限深度土体运动的影响,建立了弹性地基梁的线性运动方程。采用分离变量法,求得弹性地基梁的模态构型、固有频率和有阻尼自由振动。通过数值计算和参数分析,揭示了有限深度Winkler地基上固支-自由梁的线性动力学特性,分析了土体质量、地基深度和阻尼等对系统固有频率和线性自由振动响应的影响。研究结果表明:若将有限深度土体运动引入到弹性地基梁的动力学模型,系统的固有频率将显著降低;土体质量和地基深度均抑制阻尼对弹性地基梁动力响应影响的发挥,在一定程度上减慢其动能耗散的速度。     

球磨机旋转筒体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

超高层建筑空间巨型框架结构与基础地基共同工作的半解析静力分析

将超高层建筑空间巨型框架结构与其基础等效连续化为一个半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,并以此三维模型,用半解析法分析计算了受静力作用的超高层建筑空间巨型框架结构与其基础地基的共同工作。通过计算结果分析,得出了一些很有价值的结论。     

弹性地基板弯曲的杂交边界点法

基于双参数Pasternak弹性地基模型,将杂交边界点法与双互易法结合,用于弹性地基板弯曲问题的分析。将地基反力与横向载荷一起作为非齐次项,利用径向基函数插值得到特解,而齐次方程的通解则使用杂交边界点法求解。该方法无论插值还是积分都不需要网格,域内点仅用来插值非齐次项,因而仍是一种边界类型的无网格方法。数值算例表明:该文方法在分析弹性地基板弯曲问题时,具有计算精度高和收敛速度快等优点。     

任意荷载作用下层状横观各向同性弹性地基的直角坐标解

首次建立了在直角坐标系下层状地基力学问题的通用解法,改变了过去仅能在柱坐标系下进行求解此类的状况。首先将坐标系的原点选在荷载影响范围以外足够远处,从直角坐标系下的横观各向同性弹性问题的基本方程出发,利用Laplace变换及其微分性质,建立了单层横观各向同性弹性地基的状态控制方程,并利用状态空间理论给出了单层地基的解答。然后再利用传递矩阵技术,给出了任意荷载作用下的层状横观各向同性弹性地基的解析解。用提供的方法求解层状横观各向同性地基的非轴对称问题比在极坐标下求解简单、快捷。     

Effect of subgrade on piezoelectric energy harvesting under traffic loads

Piezoelectric energy harvesting in roads generated by traffic loads was theoretically and experimentally investigated, and an indoor model of a layered road for piezoelectric transformation was developed using the traffic load model groove. Elastic double-layer beams resting on the subgrade soil were used to consider piezoelectric energy harvesting under traffic loads. Based on the vibration differential equations of elastic double-layer beams, the electromechanical equation was obtained using the Fourier transform. The experimental results of the piezoelectric energy harvesting were close to the theoretical ones, which indicated that the proposed method was useful in predicting piezoelectric energy harvesting from roads under traffic loads. The results also show that the influence of the transducer position on the output voltage and power should be considered, and that the thickness of the concrete panel and the condition of the subgrade soil can affect the output voltage and output power of the piezoelectric transducer. Moreover, the electrical energy was proportional to the vibration frequency and the excitation load.     

半无限大弹性地基等效刚度公式及其应用

根据Mindlin关于一集中力作用在半空间弹性体中的位移公式,采用能量等效原理推导出半无限大弹性地基考虑基础埋深时基坑底部的法向等效刚度和切向等效刚度公式、基坑坑壁的法向等效刚度和切向等效刚度公式。同理根据Boussinesq关于半空间体在边界上受法向集中力的位移公式和Cerruti关于半空间体在边界上受切向集中力的位移公式,推导出不考虑基础埋深时地基的法向等效刚度和切向等效刚度公式,以及运用这些公式计算出半无限大弹性地基取不同地基土时的等效刚度。最后举例说明了这些等效刚度公式在分析高层和超高层建筑的上部结构、基础、地基的共同工作时的应用。     

超高层建筑空间巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析新方法

对超高层建筑空间巨型框架的结构分析提供了一种新的简化分析模型(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基),利用这种模型分析了上部结构、基础、地基的共同工作。又对二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基得出了改进的简化分析模型,其计算精度与精确解很接近。在此基础上考虑了基础结构,并考虑了地基的弹性变形,建立了由巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成的空间巨型框架与其基础、地基共同工作的模型,并通过算例进行分析计算。计算结果表明:共同工作的分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑巨型框架与其基础地基的整体共同工作分析提供了一种可行的简化方法,并给出了几点对此类结构的初步设计有指导意义的结论。     

An elastostatic FEM/BEM analysis of vertically loaded raft and piled raft foundation

In this paper, a static analysis of vertically loaded raft and piled raft foundations in smooth and continuous contact with the supporting soil is presented. In this approach the finite element method (FEM) and the boundary element method (BEM) are coupled: the bending plate is assumed to have linear elastic properties and is modelled by FEM while the soil is considered as an elastic half-space in the BEM. The pile is represented by a single element and the shear force along the shaft is interpolated by a quadratic function. The plate–soil interface is divided into triangular boundary elements (soil) also called cells and finite elements (plate) and the subgrade reaction is linearly interpolated across each cell. The subgrade tractions are eliminated from the FEM and BEM algebraic systems of equations, resulting in the governing system of equations for plate–pile–soil interaction problems. Numerical results are presented and they are close to those resulting from much more elaborate analyses.     

矩阵位移法分析弹性地基上空间巨型框架结构

将空间巨型框架结构的辅助框架中的柱只考虑其轴向变形,将其沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的弹性地基,然后将巨型柱和巨型弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基的弹性变形后,用矩阵位移法对其进行静力分析。计算结果表明:分析方法是合理、有效的。