阻尼矩阵选取对核电厂结构地震响应的影响分析

已有研究表明时程动力法中阻尼矩阵的确定对复杂结构工程的地震响应有明显的影响,而核电厂安全相关结构在抗震分析时通常采用时程动力法。为研究阻尼矩阵的选取对核电厂结构的地震响应的影响,从比例阻尼拟合的精度出发,基于结构不同振型对结构产生的影响程度入手,建立更为精确的结构阻尼模型,即等效比例阻尼,并进一步考虑结构自振特性以加权最小二乘法拟合确定等效比例阻尼系数,提出了核电厂结构地震响应分析相应的计算方法。计算结果表明,该方法较传统比例阻尼的方法更接近精确解,是核电工程抗震分析的一个实用参考应用。     

多点激励下绝对位移直接求解算法的误差频域分析

多点激励地震响应分析时,相对运动法将结构内部节点绝对位移分解成拟静位移和动态位移两部分分别进行求解,而绝对位移直接求解法直接对内部节点绝对位移进行求解,在两种求解算法中,阻尼分别假定与内部结点相对速度、绝对速度成比例。两种算法的阻尼假定不同可能会引起计算结果误差,在瑞利阻尼、单元阻尼模型下,采用随机振动方法对两种算法计算结果误差在频域内进行了理论分析,指出了瑞利阻尼模型下两种算法求得的结构动态内力功率谱密度误差主要受结构阻尼比、激励频率与结构基频率比值影响,但单元阻尼模型下两种算法得出的动态内力功率谱密度不存在误差。最后从概率意义上指出：瑞利阻尼模型下,两种算法得出的结构内力响应方差的误差随结构阻尼比的增大而增大,当结构阻尼比不大于5%时,两种算法计算结果误差很小。     

主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法

基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

双目标控制选择Rayleigh阻尼系数的方法

合理选择确定Rayleigh阻尼矩阵比例阻尼系数的振型频率对于准确计算场地地震响应有重要影响。提出以土层表面的位移反应峰值误差与加速度反应峰值误差的加权平方和为控制目标,基于完全二次项平方根振型组合方法建立控制目标与Rayleigh阻尼系数的函数关系,以控制目标最小为原则形成求解Rayleigh阻尼系数的方法。随机选择28条具有代表性的地震波,通过对某典型深厚土层模型进行地震反应分析,并与其他研究成果进行对比,验证所建议方法的精度及适用性。     

复阻尼结构动力方程的增维精细积分法

为了避开求解复阻尼结构强迫激励动力学方程的积分运算,引入增维精细积分方法。根据复阻尼系统复化对偶原则,将动力学方程和激励波对偶复化为实部和虚部的形式,推导出增维矩阵的精细积分求解过程。结果表明,由于不用求解迭代矩阵H的逆矩阵,避免了矩阵奇异带来的计算解的不稳定性。在计算矩阵仅增加一维的情况下,化积分运算为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围。通过对比增维精细积分法和频域法计算结果,二者结果保持较高的一致性。     

混合结构时程分析中的阻尼比计算研究

摘 要： 混合结构由于其建筑及功能上的种种优点,在现代建筑中得到广泛应用。对这类结构进行分析时,主要有两个问题：一是在考虑不同材料的情况下,结构的整体阻尼比如何计算;二是在整体阻尼比的计算结果下,如何针对小阻尼材料进行修正。本文以高楼顶加钢塔的这一混合结构形式为例,建立了一种非比例阻尼矩阵的构造方法,计算结果表明该构造方法得到的振型阻尼比可以较好的反映对主体结构和顶部钢塔影响最大的4阶振型的耗能特点。此外,本文基于反应谱法推导了顶部钢塔在整体阻尼比（第一阶主振型的阻尼比）计算下的误差,在此基础上,给出了相应的修正公式,最后采用上述方法分析了洛阳某高层顶部钢塔的地震响应。     

密封环扰动状态下稳定性分析及动态响应

应用微扰方法和数值计算对重载车辆传动装置密封环在扰动状态下的稳定性及其动态响应进行分析。根据传动装置密封环的工作特点,建立了密封环三自由度的扰动模型,采用有限差分法求解时变雷诺方程,模拟实际运行工况,应用动态参数计算模型,对密封油膜的刚度和阻尼系数进行了数值求解,分析了角微扰动与偏转力矩的关系,研究了密封轴向、周向的刚度系数和阻尼系数随工况条件的变化规律,预测对密封面碰摩的影响。结果表明,油膜厚度对系统的刚度和阻尼系数影响较大,在膜厚较大时,密封的不稳定性增强。同时随着工况条件的变化,特别在Pv值较大时,刚度系数增长较快。适当控制膜厚和合理配置传动装置的转速和输入压力,对预防密封碰摩较为有利。     

一种新的有限域动力刚度改进连分式求解算法

比例边界有限元法仅需离散边界,网格划分灵活,且易于采用高阶单元,是结构动力分析的理想方法。针对有限域动力问题,基于广义特征值分解对动力刚度表示的比例边界有限元方程进行模态变换。通过选取特定的因子矩阵,简化了改进连分式算法的求解流程,提出了一种新的有限域动力刚度改进连分式求解算法。在动力刚度连分式渐近解的基础上引入辅助变量,建立了有限域动力问题的运动方程,其系数矩阵对称稀疏,可以利用现有的有限元求解器求解。正八边形板和重力坝算例表明,新算法具有良好的数值稳定性和计算精度,适用于实际工程问题的动力响应分析。     

附加双线性油阻尼器斜拉索的阻尼特性研究

利用Galerkin法,得到附加双线性油阻尼器拉索的运动方程。通过Runge-Kutta-Felhberg(RKF)方法得到其自由振动衰减曲线,并基于能量损耗原理的方法计算出拉索的模态阻尼。分析了双线性油阻尼器的一次阻尼系数、二次阻尼系数和变换速度对拉索阻尼的影响。提出了基于一个周期内消耗能量相同的线性化等效设计计算方法,并与数值计算分析结果进行比较分析。研究结果表明双线性油阻尼器较线性阻尼器具有其独特的优点。     

铸铁基—碳化钨粒子表面复合层性能的研究

本文就铸铁基一碳化钨粒子表面复合层性能进行了研究。试验表明,复合层的磨损速度取决于基体的磨损速度,后者与其硬度有较好的对应关系,但复合层内基体的磨损速度比单一材料小。碳化钨粒子的溶解速度在铸铁中低于钢,它导致界面区成分的变化。可用合金元素来增强粒子与基体的结合,提高复合层的寿命。文中并对试验结果进行了较深入的理论分析。     

桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

Experimental study on vibration and damping of curved panel treated with constrained viscoelastic layer

This paper presents experimental investigation on the damping effects of constrained layer damping treatment on a curved panel. Vibration attenuation of the curved panel is achieved by attaching constraining layer damping patches at the optimal locations. The placement strategies of constrained layer patches are devised using the modal strain energy (MSE) method. Locations for application of damping patches are those, where modal strain energy is maximum for the particular mode. The treatment is then applied to the elements that have highest MSE in order to target specific modes of vibrations. Extensive experiments are conducted by making number of separate samples of viscoelastic and constrained layer damping patches for each configuration to damp different modes simultaneously or independently. The experimental results demonstrate utility of the modal strain energy technique as an effective tool for selecting the locations of the constrained layer damping treatment to achieve desired damping characteristics over a broad frequency band.     

层间过渡约束阻尼结构动力响应的分布参数传递函数解

针对传统约束阻尼结构振动能耗散有限问题,引入“层间过渡层”设计的概念,提出一种层间过渡约束阻尼结构,采用分布参数传递函数法对该结构进行了动力响应分析。经推导,得到了阻尼结构的各阶损耗因子和频率的解析解,并进行了有限元仿真验证,二者计算结果吻合良好。以悬臂阻尼板为例,探讨了过渡层参数行为对其频响特性的影响,结果表明,在结构振动时,过渡层可将变形传递给阻尼层,起到放大阻尼层的剪切变形作用,从而耗散更多的振动能量;同时还讨论了过渡层的厚度、剪切模量、密度与泊松比对结构固有频率和损耗因子的影响,为进一步优化工作打下了良好基础。     

频率相关自由阻尼层复合材料加筋板动力分析

采用子空间迭代法和精细积分对敷设粘弹性阻尼层的含损伤复合材料加筋板结构进行了频率和动力响应分析。分析中对层合板和层合梁采用了Adams应变能法与Raleigh阻尼模型相结合的阻尼矩阵构造方法;对表面粘弹性阻尼材料则考虑了材料性质和耗散系数对激振频率与温度的依赖性,建立了频率相关粘弹性材料阻尼矩阵的计算方法。通过有限元分析,分别研究了敷设自由阻尼层无损伤和含分层损伤复合材料加筋板的自振频率和模态特征,并根据幅频曲线讨论了阻尼材料模量、耗散系数和阻尼层厚度等因素对结构响应的影响,提出的计算方法对通过合理选择阻尼层材料与几何参数来有效地控制加筋板结构的振动特性,具有一定的参考价值。     

浅眼爆破地震波传播规律

结合广州公安110综合楼深基坑浅孔爆破地震波观测,应用黏弹性岩层地震波传播的波谱分析和土层地震响应的正反问题理论,解决了近距离浅眼控爆地震波在岩土内及地表的振幅、频率和波形综合计算问题。计算表明,利用土层响应结合传递函数的波谱分析方法,可以根据实测的地表波形推算土层直至基岩面的地震动,给点爆源地震引发边坡惯性力分析提供了条件。     

浅眼爆破地震波传播规律

结合广州公安110综合楼深基坑浅孔爆破地震波观测,应用黏弹性岩层地震波传播的波谱分析和土层地震响应的正反问题理论,解决了近距离浅眼控爆地震波在岩土内及地表的振幅、频率和波形综合计算问题。计算表明,利用土层响应结合传递函数的波谱分析方法,可以根据实测的地表波形推算土层直至基岩面的地震动,给点爆源地震引发边坡惯性力分析提供了条件。     

气幕对弹性球壳振动影响的探讨

对气幕中弹性薄球壳的振动进行理论分析，以探讨气幕对结构振动的影响。分析表明：气幕对结构强迫振动响应的影响，相当于给结构增加了附加质量（气幕压缩性的影响）和附加阻尼（气幕阻尼的影响），它们与气幕自身的参数及激振频率有关。     

非完全粘结下饱和土中桩扭转振动的解析解

采用解析方法研究了桩土界面非完全粘结条件下饱和土中端承桩的扭转振动问题。利用Kelvin模型模拟饱和土层和端承桩接触面的相对滑移,与以往桩土界面连续性模型进行了对比。根据Biot波动原理,采用Novak薄层法推导了饱和土层对扭转振动桩的动力阻抗。将端承桩等效为Euler-Bernoulli杆模型,给出了桩顶动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应。通过算例分析了相对滑移和连续性两种模型条件下桩顶刚度因子和等效阻尼的差异。结果表明:当外荷载激励频率较大时,完全粘结条件下桩顶动刚度和动阻尼的振幅小于滑移条件下桩顶动刚度和动阻尼的振幅。因此,采用非完全粘结条件模拟桩土接触面更为合理。     

基于动力特性的混合结构地震响应复模态叠加法

混合结构由不同阻尼特性的材料组成,确定其阻尼矩阵存在困难。分块Rayleigh阻尼模型由于数学上的简易性,被广泛用于构建混合结构的阻尼矩阵,但分块Rayleigh阻尼模型的计算精度与参考频率的选择方法直接相关。针对参考频率的选择问题,依据结构动力响应的组成和特点,提出了一种确定Rayleigh阻尼系数的计算方法,进而实现基于分块Rayleigh阻尼模型的复模态叠加法。求解结构的瞬态反应时,根据结构前两阶振型的自振频率确定阻尼系数;求解结构的稳态反应时,选择结构的基频、与外激励频率接近的结构自振频率确定阻尼系数。依据地震波的频谱特性,提出了基于地震波卓越频率的分块Rayleigh阻尼模型,并结合地震加速度的分段线性假定,建立了混合结构的复模态叠加法。在此基础上,利用三角级数展开得到组成地震波的谐波频率,进一步提出了基于谐波频率的分块Rayleigh阻尼模型和对应的复模态叠加法。算例分析结果表明:所提方法误差更小,且克服了传统方法因振型选择不唯一导致的计算结果具有不确定性的问题;与基于地震波卓越频率的复模态叠加法相比,基于谐波频率的复模态叠加法计算量更大,但计算精度更高、适用范围更广。