用完全水弹性模型预报钢闸门流激振动特性

基于完全水弹性模型研究水工钢闸门流激振动问题.首先研制完全水弹性模型材料并在实验室采用该材料制成钢闸门比尺物理模型,然后通过模态试验和泄洪响应试验分别获取钢闸门模型动力特性和响应特性并预报原型钢闸门流激振动特性,最后分别以原型钢闸门结构有限元分析结果和现场观测结果对模型预报结果进行检验和验证.研究结果表明以三峡水利枢纽底孔弧形闸门为例,采用完全水弹性模型预报水工钢闸门流激振动特性是一种研究闸门振动可靠而又实用的有效方法.     

高拱坝泄流激励下基于频域法的工作模态参数识别

水工结构的模态参数是评估在役水工结构运行状态的指标之一,水工结构运行状态健康诊断的核心技术之一就是如何通过各种技术手段获取结构的模态参数指标.研究高拱坝在泄流激励荷载作用下,仅利用结构输出响应识别结构工作模态参数.首先,对高拱坝泄洪诱发振动的激振荷载特性进行了研究;其次,分别建立了以典型水流脉动荷载和白噪声荷载作为输入激励的悬臂梁动力响应数值模型,仅利用输出响应识别了悬臂梁的模态参数,并对识别结果进行了对比分析,论证了以水流脉动荷载作为未知输入仅利用流激振动响应进行结构工作模态参数识别的可行性.最后以二滩拱坝泄洪振动原型观测数据为基础,对二滩拱坝的泄洪工作模态参数进行了识别并评估了该拱坝的泄洪动力性态.     

绕弹性水翼非定常空化流激振动特性研究

该文通过实验和数值计算相结合的方法,对弹性水翼非定常空化流激振动特性进行了研究。实验中,采用高速摄像机获取云状空化不同发展阶段的流动发展规律,应用激光测振仪测量弹性水翼的流激振动特性,通过同步测量技术获取水翼振动特性数据并结合空穴形态图对其进行分析,同时在实验结果基础上加入数值计算部分对流激振动特性进行进一步的说明。研究结果表明：云状空穴的发展为一个准周期过程,包括附着型空穴的生长、空穴的脉动以及空穴的脱落三个阶段;弹性水翼的振动主要受空穴发展过程的影响,因此流激振动特性呈现出周期性的变化过程,且弹性水翼振动主导频率为空穴脱落频率;在不同的空穴发展阶段,表现出不同流激振动特性,并且在空穴脉动和空泡脱落阶段水翼振动较为剧烈。     

内波致剪切流作用下深海立管的涡激振动

内波的波致流为沿水深方向非均匀分布的剪切流,而深海平台立管的自然模态具有低频、密集的特性,这种流场和结构的特点使得深水立管的涡激振动表现出高阶模态、多阶模态参与振动的特点。该文研究了大长径比立管在内波流场作用下的锁频特性,建立了基于模态能量理论的多模态锁频的计算方法,并应用于改进的尾流振子模型进行立管涡激振动响应预测。...     

开槽填充黏弹性材料对圆锯片振动的影响分析

为了揭示开槽填充黏弹性材料对锯片振动特性的影响规律,分别对无槽及开槽填充材料两种锯片模型的阻尼以及动态响应特性进行比较研究.首先,基于模态应变能法计算锯片模态阻尼比,利用Rayleigh阻尼表征模型结构阻尼,获得2种锯片模型的模态阻尼常数;然后,建立锯片有限元瞬态动力学分析模型,得出2种锯片模型的振动响应及衰减历程曲线,分析开槽填充材料对锯片振动的影响;最后,针对2种锯片进行试验模态分析,获得振动响应曲线,对比数值分析结果与试验数据曲线,两者吻合良好,证明了有限元数值分析的可靠性.结果表明:在相同的动力学条件下,开槽填充材料会显著降低锯片上质点的振动速度,缩短锯片振动的衰减历程.研究结果为开槽低噪声锯片的结构创新设计与开发提供了有效的理论依据.     

高水头船闸输水廊道反弧门水弹性振动试验研究

本文简要介绍水弹性振动模型试验的相似准则，用近似满足水弹性相似准则的有机玻璃模型对－高水头船闸反弧形阀门进行流激振动试验研究．试验表明阀门的振动是随机振动，不仅有质量振动而且有结构振动，有若干阶模态被激发参与振动。在开门和关门过程中，阀门面板脉动压力和阀门振动是不大的，与葛洲坝船闸类似阀门间歇开启的振动水平相当。由于常压模型不能正确模拟空化现象，对于廊道内可能产生的空泡溃灭所引起的阀门振动尚需通过减压模型进行研究。     

大比尺高拱坝泄洪振动水弹性模型研究

以拉西瓦拱坝为工程背景,采用加重橡胶,建立了大比尺（1：100）的水弹性模型,全面模拟了“坝体-地基-库水-动荷载”四位一体流固耦联的振动系统。利用该水弹性模型,采用先进的测试手段和数据分析处理软件,对拉西瓦拱坝的模态以及多种泄洪工况下拱坝的振动响应进行全面的测试和分析。采用流激振动反分析方法,求得泄洪振动的等效荷载,得到整个结构的动力响应,最后对泄洪诱发的坝体振动影响作出了评估。     

计及附加质量系数变化效应的立管涡激振动时域响应研究

针对海洋立管涡激振动问题提出了一套时域预报数值方法,引入附加质量单元,能够计及附加质量系数变化效应对立管模态分析及涡激振动预报的影响。基于上述方法对均匀流工况以及线性剪切流工况下立管模型的涡激振动响应进行分析,并与相应试验结果的均方根位移及曲率、应变及位移响应时历曲线以及响应幅值谱进行了对比。结果表明,本文模型能够有效预报海洋立管涡激振动响应,且与传统数值模型相比,本文模型预报结果与试验数据更为吻合,可以较好地体现附加质量系数变化效应对涡激振动预报较为明显的影响。     

水下悬跨管道动力响应分析

水下悬跨输流管道在内外流作用下引起涡流振动和波激振动,对于地震较频繁地区,还将受到地震位移和加速度及地震引起的动水压力的作用,确保水下悬跨管道在各种冲击截荷作用下的安全,是管道可靠性设计及安全运行评估的重要内容。以水下管道悬跨段为研究对象,考虑内外流体与管道间的流固耦合作用,将管跨处理成等截面的直梁模型,两端入土端的约束等效为弹性支承,采用模态叠加法对其进行动态响应研究,通过算例分析了涡激频率、地震频率和管外流速对管跨振动响应特性的影响。从计算结果看出,跨长、管径对冲击的动态响应有着重要影响。本文分析方法对水下管跨的动态设计和可靠性分析评估具有参考价值。     

采用改进尾流振子模型的柔性海洋立管的涡激振动响应分析

建立了柔性杆件在非均匀流作用下的涡激振动响应预测模型,考虑了涡激振动锁频阶段流体附加质量的变化,以及振动响应和来流简缩速度的非线性关系。该模型通过经验公式结合迭代求解的方式,计算方便、速度快,避免了数值计算(CFD)的繁琐,较为适合于海洋工程实际应用。与试验和数值结果的比较表明采用该文提出的计算模型,可以更合理、准确地给出结构涡激振动响应。最后,结合实际平台参数,进行了柔性立管在非均匀流场的作用下的涡激振动响应分析,并研究了立管的预张力、流场分布等参数的影响。分析结果表明:随着立管张力和流场分布的改变,各阶模态锁频区域发生了变化,从而改变了结构的总体响应     

振荡来流下柔性立管涡激振动“分时特性”试验研究

悬链线立管在顶部浮体的带动下,其动力响应会诱发其周围产生相对来流,而这种振荡来流将激励立管悬垂段产生"间歇性"的涡激振动。在海洋工程水池中对不同最大约化速度URmax、KC数组合下的振荡来流作用下的柔性立管进行模型试验研究,利用光纤应变片测量柔性立管模型的涡激振动响应。结合模态分析与小波分析对试验数据进行分析,观察到一种区别于定常来流下的涡激振动响应形式,即具有"振幅调制"及"模态转换"的"分时特性"的涡激振动。最后讨论并总结了最大约化速度URmax以及KC数对涡激振动"分时特性"的影响规律。     

负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究

考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响,提出并建立"弹性梁-负刚度动力吸振器"耦合系统动力学模型。基于模态叠加法,推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标,结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标,建立"弹性梁-动力吸振器"耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上,计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流,以及动力吸振器消耗的功率流,研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后,选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象,针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近,负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好,且多个振动模态响应均被有效控制;当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳;众多设计参数均存在最优值。     

捕获载荷冲击漂浮基柔性空间机械臂动力学响应评估与自适应镇定控制及主动抑制

分析漂浮基柔性空间机械臂受捕获载荷冲击后动力学响应及控制,利用假设模态法近似描述空间机械臂柔性杆弹性变形;利用第二类拉格朗日方程建立漂浮基空间机械臂系统动力学模型。基于动量守恒原理,利用动量冲量法评估受捕获载荷冲击后漂浮基空间机械臂系统动力学响应。设计自适应控制算法对受捕获载荷碰撞冲击后不稳定漂浮基空间机械臂进行镇定控制;设计线性二次最优控制算法抑制柔性杆弹性振动。用数值仿真验证控制算法的有效性。     

深海顶张式立管顺流涡激振动响应预报方法

针对深海顶端张紧式立管,基于刚性圆柱体顺流方向受迫振荡实验的水动力信息,采用有限元方法和能量平衡原理,建立了立管顺流涡激振动幅值响应的分析模型。该模型计及了立管横流方向涡激振动对顺流升力放大效应,根据激发力来源不同,分无量纲频率响应区间计算幅值并进行加权模态叠加。预报结果与Chaplin阶梯状来流涡激振动实验测量数据对比,吻合程度较好。     

船舶波浪载荷与砰击载荷的大尺度模型水弹性试验研究

波浪诱导船体梁的水弹性振动及外飘砰击载荷是船舶设计建造中所重点关注的结构强度及载荷响应问题。现有的船舶波浪载荷水池模型试验存在尺度效应明显、波浪环境不真实、模型航行范围受限等缺点。为此,提出了实际海浪环境下船舶大尺度分段自航模型的波浪载荷及砰击载荷试验技术,并详细介绍了大尺度分段模型水弹性试验设计及数据分析方法。介绍了弹性模型龙骨梁的设计及船体湿模态测试分析方法,基于近海测试数据分析了实海况下船舶波浪载荷与水弹性振动的短期预报及响应统计值,研究了三维海况下艏部砰击诱导的瞬态冲击载荷及全船颤振响应特性。     

湍流边界层激励下平板振动响应相似性研究

对流激平板的振动试验设计与响应预报作了分析与探讨。验证了湍流脉动压力自功率的归一化方法在不同流体介质间的适用性。对平板流激响应,考虑流体负载并采用模态叠加法进行计算。通过原始模型与缩比模型响应之间的对比,提出一种平板响应间的换算方法。换算结果表明,该方法可以实现同种介质湍流边界层激励下的平板响应之间的换算。对不同外流场介质的平板流激响应,用该方法可实现理论上的换算。该研究结果对水下结构物流激响应预报有实际意义。     

机器-基础耦合振动功率流传递最优控制

建立了机器-基础耦合振动状态空间方程，对系统的耦合振动特性与模型降阶进行了研究。给出了状态观测器构造的一般方法。从功率流传递的角度，对模态耦合振动线性二次调节器（LQR）控制效果进行了评估。数值计算表明：机器-基础的耦合振动主要表现为机器Z向模态与基础第一阶弯曲模态的耦合振动。以模态速度为LQR控制指标可有效地衰减共振频率处功率流传递、阶跃响应收敛时间较短。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

深海顶张力立管参激-涡激耦合振动响应分析

该文研究顶张力立管参激-涡激耦合振动计算方法和动力特性。考虑立管顶端动边界条件,建立顶张力立管模型,研究其在剪切流中的涡激振动响应和参激-涡激耦合振动响应。提出立管的动力响应分析方法,分析参数激励对立管横向涡激振动的影响。结果表明,立管的横向振动响应频率存在0.5倍参激亚谐成分,参数激励对于立管横向振动具有重要影响。