周期十字空沟地震表面波屏障

周期结构具有带隙特性,位于带隙频率范围内的振动或波动无法在结构中传播。该文针对土体存在覆层的情况,设计了周期部分埋入式Rayleigh表面波屏障,讨论了不同覆层厚度、波屏障不同埋入深度对带隙的影响,并对El Centro地震波进行了频域响应分析。结果表明,部分埋入工字型截面板式波屏障对El Centro地震波有较好的隔震效果。     

周期格栅式表面波屏障的设计与性能研究

该文基于周期结构带隙设计思想,针对在中远场情况下具有较强破坏性的Rayleigh表面波,尤其是20 Hz以下的低频波,设计了新型周期格栅式表面波屏障,并对其频散曲线和频率响应进行了数值模拟。探讨了波屏障结构参数对带隙的影响。研究结果表明:周期格栅式表面波屏障具有良好的隔震性能。     

新型铁路沟屏障隔振数值分析

建立铁路交通引起的大地及敏感点振动分析模型,该数值计算模型由两部分组成,包括车辆-轨道-路基-大地耦合系统动力分析模型和大地-隔振屏障-建筑物耦合系统动力分析模型,运用大型通用有限元软件ANSYS对新型沟屏障的隔振效果进行分析,新型沟屏障包括梯形、倒梯形、三角型、倒三角形等,并将新型沟屏障的隔振效果和传统型式的沟屏障进行对比分析。结果表明:新型沟屏障的隔振效果优于传统沟屏障,表明可以通过改变沟屏障形状达到增加屏障隔振效果的目的,这是一项有益的探索。     

周期结构带隙的能效观点

在几何构型或材料特性方面具有空间重复特性的一类结构,称为周期结构,如桁架、加强筋板等。在一定频率范围内,周期结构能够阻断弹性行波在其中传递,该特性可应用于隔振器开发。现有周期结构隔振分析大多基于无限长假设,即假设周期结构在几何空间中可无限延伸,因此只有行波解具有物理意义,非行波模式则被忽略。然而,工程中隔振系统都是有限长的,因此非行波解的确存在,故其能量传输特性具有研究价值。周期桁架有限元数值仿真结果表明,周期结构行波解的功率因数始终等于1,说明频散曲线与能量传输效率有关。据此引入效率指标函数,通过其响应表面局部极大值、极小值的连线,将频率-波数空间划分为能量传输高效区和低效区。该划分方式能统一处理行波解和非行波解的情况,拓展原有带隙分析适用范围,为有限周期结构能量传输效率分析提供新途径,对于隔振器开发设计具有重要参考价值。     

层状三元周期结构的带隙计算

对于层状三元周期结构的带隙分析和研究目前还属空白。基于声子晶体理论,将层状三元周期结构简化为一维声子晶体结构,并利用集中质量法,分析了材 料密度与材料阻尼比变化对第一带隙的影响。研究表明,材料密度的改变对第一带隙产生较大影响;材料阻尼比的变化对第一带隙影响不明显。研究结论为层状三元结构带隙设计提供了理论依据。     

周期结构机械滤波器对浮筏隔振系统传递特性的影响

弹性波在周期性结构中传播时会形成特殊的阻带和通带结构。当弹性波的频率处于阻带范围内时,弹性波及振动是不允许传播的。根据这一性质,设计一种虚拟的周期结构机械滤波器,用于浮筏隔振系统中的下层隔振器和基座间,通过改变从机组到基座之间的传递特性,使浮筏隔振系统中与激励频率相近、并和舱段壳体振动相关的固有频率和激励频率错开。利用传递矩阵法研究浮筏隔振系统下层隔振器和基座间插入周期结构机械滤波器后的传递特性和动态响应,通过研究表明:当激励频率在周期结构的阻带之内时,基座的位移响应,力响应和功率流响应将大大减小。     

海洋平台周期桁架结构振动特性研究

海洋平台长期处于洋流、台风及地震等恶劣环境中,其减振性能影响到设备运行和人员安全。基于周期导管结构的带隙特性,将海洋平台设计成全周期桁架结构。建立周期桁架结构的有限元分析模型,进行海洋平台周期桁架结构的响应计算,对比了传统桁架结构与周期桁架结构的响应特性,研究周期桁架的几何结构参数对海洋平台结构减振性能的影响规律。结果表明：海洋平台周期桁架结构的减振性能比传统桁架结构的减振性能提高了4.5 dB,带隙范围内的振动得到了显著降低。因此,在减振设计领域,周期结构在海洋平台桁架结构中具有很好的应用前景。     

周期蜂窝超结构的振动性能分析

为探究周期蜂窝超结构在动力学减振控制方面的应用潜力,采用数值仿真分析方法,通过能带结构、模态振型、物理特性及有限阵列结构传输特性对周期蜂窝超结构的带隙特性及其形成机理开展深入分析。研究结果表明：在450 Hz以内,由硅橡胶组成的二维周期蜂窝超结构（晶格常数α为9.8 mm）的能带结构中存在两条完全带隙,并且多条方向带隙(Γ-X)对于拓宽减振频率范围具有重要意义;具有附加连接的二维周期蜂窝结构具有更为显著的带隙特性,而且连接处使用刚性材料更有助于增强弹性波在结构中的衰减性能;无限周期结构的带隙频段和有限阵列结构的振动衰减频段具有较好的吻合性。该项工作可为结构减振设计提供新思路、新方法。     

基于子结构综合法的周期支撑结构带隙分析

周期结构具有特殊的动力特性,即带隙特性。在带隙频段内(或称阻带),结构振动被抑制。具有周期支撑的结构也存在带隙特性。在过去的研究中,一般将周期支撑简化为简支条件或简单的弹簧质量系统,并作为胞元间的边界条件。这种方法适用于简单支撑的情况,为了考虑支撑的复杂动力学特性,利用子结构综合法,将周期支撑结构视为胞元内部子结构,利用基于频响函数的子结构综合法建立整体胞元的动力学模型。通常计算结构带隙的方法是通过有限元法建立元胞的数值传递矩阵法,但对于复杂结构,数值传递矩阵法经常存在数值病态问题。通过引入模态分析,将子结构的传递矩阵用频响函数解析表示,根据Floquet原理和基于频响函数的传递矩阵法计算得到带复杂支撑的周期结构的带隙特性。利用曲线拟合和模态截断保留主要阶次的模态,可以同时得到元胞的模态参数与带隙间的关系,为逆向优化设计奠定了基础。最后通过仿真验证了方法的可行性和有效性。     

空沟对弹性波散射的时域分析：平面SV波入射

基于土-结构相互作用理论,利用比例边界有限元法,将含有空沟地形条件的场地分解为近场系统和无穷远场系统。利用四叉树对近场计算区域进行网格精细化离散,并利用位移单位-脉冲响应矩阵来表示近场和远场交界面上的相互作用力,从而将斜入射的平面SV波转化为作用在近场系统边界上的等效节点力来模拟入射波对近场系统的激励作用,建立了时域-空间域弹性波传播问题的数值模型,通过数值算例验证了方法的有效性,分析了入射角和空沟深度等参数对隔振效果的影响。结果表明：隔振效果随着入射角的增大而增大;当入射角较大时,通过进一步增大空沟深度,可使得空沟发挥出更优的隔振效果。     

剪切波作用下盾构隧道地震效应的拟静力分析方法研究

针对均质土层中圆形盾构隧道在水平剪切波作用下的地震响应分析问题,在获得隧道周边自由场剪切应力的基础上,利用弹性中心法和空洞复变函数,给出了深埋盾构隧道在土层结构界面滑移和不滑移情况下的解析分析公式;并建立相同条件的等效刚度数值分析模型和考虑接头效应的有接头分析模型进行对比。研究表明：等效刚度拟静力法与等效刚度数值法所获得的剪切地震波作用附加弯矩、附加轴力分布形态及其最大值发生位置都具有良好的一致性;在三种方法获得的附加弯矩和附加轴力当中,等效刚度拟静力法最大,等效刚度数值法次之,有接头数值法最小;土层结构界面滑移相对不滑移而言,附加轴力偏小、附加弯矩偏大;等效刚度拟静力法结果偏于安全,公式简便,考虑界面滑移时更加接近实际,故可推荐考虑滑移条件的等效刚度拟静力法作为深埋圆形盾构隧道的抗震设计方法,并与常时荷载静力分析结果叠加后进行配筋设计。     

含周期性索-杆胞元的二维网格结构拟膜分析

利用拟膜法分析含周期性索-杆胞元的二维网格结构的面内有效弹性性能。拟膜法是将具有周期性微结构的平面网格结构在力学性能上比拟成均匀的连续体。根据两者在面内力学行为上的等效性,网格结构的拟膜的弹性本构参数可由网格结构中单胞的材料和几何参数解析表示。分析表明索-杆胞元存在拉压性能差异现象。这导致拟膜表现出双模量特点,即材料沿某一方向的拉伸弹性模量与压缩模量不同。采用悬臂梁算例考察这些参数的正确性:利用网格结构和其拟膜分别构造同尺寸和工况的两个悬臂梁;利用有限元方法分析两个梁;比较得出两个梁的中性层位置与解析解均吻合,且两个梁中性层挠度之间的相对误差极小。     

自复位防屈曲支撑结构动力位移反应的关键参数

自复位防屈曲支撑特殊的恢复力模型使得安装有这种支撑的结构在地震作用下的反应与传统结构大不相同,因此开展此种结构抗震性能的研究十分必要。该文首先根据较高的性能目标提出一种简单且足够精确的自复位防屈曲支撑结构的恢复力模型;然后结合单自由度自复位防屈曲支撑体系的运动方程确定影响该种结构地震位移反应(即最大非线性位移及位移比谱)的所有独立参数;并证明了无刚度和无强度退化结构的非线性位移比与地震动的幅值无关。最后通过两个例子证明了该文的结论。     

地震作用下深厚土层-结构相互作用的高效分析方法

基于黏弹性边界和将场地反应转化为等效地震荷载的有限元直接法是目前进行地震作用下土-结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。当土层厚度较深时,整个深厚土层-结构系统的有限元模型自由度数目较多,尤其对于三维问题,计算效率低。该文提出一种高效分析方法,即一维场地反应分析仍然针对整个深厚土层,在后续的土-结构相互作用分析中将土-结构计算模型的底面人工边界从深厚土层底面（基岩面）向上移动到接近结构的位置,通过缩减土-结构相互作用模型尺寸来提高计算效率。采用理论分析与数值算例,通过与采用整个深厚土层的传统土-结构相互作用分析结果对比,说明提出的高效分析方法能够满足精度要求,并且给出底面人工边界位置以及边界条件和地震动输入方式的建议。     

分析层状土介质中群桩对任意入射地震波响应的半解析法

本文舍弃桩基动力分析中的土介质平面应变假定，采用薄层内位移线性变化条件下的动力Ｇｒｅｅｎ函数形成桩－土－桩动力相互作用所需的土介质柔度矩阵，用梁单元模拟桩的运动，以地震波入射为初始运动输入，建立了适用于群桩基础对任意入射地震波响应的半解析分析模型，研究了层状土介质中群桩对不同角度入射ＳＨ、ＳＶ和Ｐ波的动力响应。结果表明，本文提供的方法不仅可以避免平面应变解的低频误差，具有较高精度，而且计算工作量较少。     

用Ritz法分析江阴悬索桥地震反应的影响

江阴悬索桥采用钢加劲梁和钢筋混凝土桥塔,这使得阻尼在全桥中分布不均匀,导致主坐标系中的运动方程耦联.为了分析地震荷载作用下非经典阻尼对江阴桥的影响,用Lanczos过程生成的与外荷载相关的实Ritz向量,再结合拟力叠代法解江阴桥在地震作用下非经典阻尼动力反应.通过分析表明,非经典阻尼对江阴悬索桥的地震反应有明显的影响,用经典阻尼模型得不出准确的解.此外,通过与振型叠加法比较,此算法有明显高的计算效率.     

顶底角钢连接半刚性钢结构抗震性能数值分析

为了研究顶底角钢连接半刚性钢结构的抗震性能,介绍相关文献中角钢的屈服荷载及初始刚度的计算,基于角钢的拉压试验结果,验证角钢的屈服荷载及初始刚度计算方法的准确性并对角钢的屈服荷载计算公式进行修正,进而提出角钢在反复拉压荷载下的恢复力模型;编制角钢连接单元,提出基于有限元软件OpenSEES的顶底角钢连接半刚性钢结构的建模方法,对顶底角钢连接半刚性钢结构低周往复试验、振动台试验进行数值模拟,所得结果与试验结果进行比较,结果表明:该文提出的建模方法具有单元少、自由度少、建模方便、计算效率高、耗时少等优点,采用该文方法进行的数值模拟与试验结果吻合较好,精度能满足工程需求。     

非匀速车辆与随机路面桥梁的耦合振动分析

应用车辆非匀速行驶时路面随机激励的时域模型,研究了非匀速车辆与弹性支承桥梁耦合系统并建立了其无量纲运动微分方程,获得桥梁跨中的无量纲最大挠度、车辆的舒适度随路面不平度系数、车辆的加速度及前后轮激励相关性的变化规律.数值结果表明,桥面的不平度系数、车辆的加速度及前后轮激励相关性均既对桥梁有不同程度的影响亦对车辆的舒适度产生影响.     

压电变摩擦阻尼器对高层建筑非线性地震反应的模糊控制算法

设计制作了一款新型的压电变摩擦阻尼器,并将其作为控制装置,提出了能有效抑制强烈地震激励下高层建筑结构非线性反应的模糊控制算法,通过模糊控制算法建立了施加在压电变摩擦阻尼器上的电压与结构的响应之间的关系.对一个受控的20层基准建筑结构进行了非线性地震反应的数值仿真分析,并与别的控制策略进行比较.结果表明,对于安装有压电变摩擦阻尼器的结构,采用模糊控制算法,能有效抑制高层建筑结构的非线性地震反应,减少地震对建筑结构的破坏.