基于积分型分数导数本构方程的黏弹性土层中单桩的竖向复刚度与导纳研究

建立了基于三维积分型本构方程的单桩在黏弹性土体的竖向振动微分方程。利用三维分数导数Kelvin黏弹性本构关系描述土体的应力应变关系,考虑分数导数和卷积的Fourier变换性质,利用势函数和分离变量法在频域内求解了分数导数黏弹性土层的竖向振动,并在此基础上求解了黏弹性土层中单桩的竖直振动。研究了土体本构模型参量对桩顶复刚度和桩顶导纳的影响。研究表明,分数导数的阶数对桩顶复刚度和桩顶导纳有较大的影响,土体黏性系数对桩顶复刚度的实部和桩顶导纳影响较大,而对桩顶复刚度虚部影响相对较小。     

不同水深条件下的带式浮桥水弹性特性

为了研究不同水深条件下的带式浮桥在移动荷载作用下的水弹性动力特性,采用基于梁式理论的解析模型和基于势流理论的边界元法模型。流体动力的影响利用基于势流理论的边界元方法来计算。将附加质量和阻尼系数分别与浮桥的质量和阻尼合并,恢复力与移动荷载合并,便可容易导出浮桥的振动微分方程。利用假设模态法,得出了水弹性固有频率及其动力响应的计算公式。结果表明,水深对浮桥的水弹性固有频率以及动力响应的影响不大,因此带式浮桥的设计和应用不必考虑水深的影响。     

水轮机迷宫环间隙不均诱发的结构振动特性研究

以某原型水轮机组受迷宫环间隙不均诱发的结构振动为研究对象,采用加权余量的伽辽金法建立其流固耦合的有限元方程,利用声学理论求解流固耦合方程。计算得到了水轮机座环在迷宫环不平衡水流作用下动力响应的双振幅值,讨论了水轮机座环的振动特性。计算结果表明:受结构自身刚度在各个方向的差异,座环横向振动幅值大大高于竖向;间隙不均在环向的分布特性对结构振动影响较大。更多还原     

振动边界耦合作用下基于微分求积法的三维不可压缩粘性流体的数值模拟

本文采用微分求积(DQ)法基于非交错网格建立在考虑流体-结构相互作用下求解三维不可压缩流体NavierStokes方程的数值方法。弹性振动边界为矩形薄板,诱发板振动的因素为作用在板上的脉动压力场,边界板的振动与流动形成耦合作用。数值结果给出了一箱形流道内雷诺数分别为100,1000和10000时的流场。大量分析表明．用本文方法模拟考虑流体一结构相互作用下的流动问题是可行的。     

分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平动力阻抗研究

基于土动力学、黏弹性理论和分数阶导数理论建立了分数阶三维积分型黏弹性土体水平振动控制方程。利用势函数对分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动方程进行解耦,借助分离变量法在频率内求解了分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动,得到了土体对单桩的水平作用,进而建立了分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平振动方程。考虑单桩的边界条件和桩顶水平动力阻抗的定义,求解了单桩的水平振动,并对桩顶水平动力阻抗进行了数值分析和讨论。研究表明:高频时,分数导数的阶数对水平动力阻抗有影响,土体黏性系数较小时水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化曲线存在波动现象;长径比越大,水平动力阻抗越小,长径比达到一定程度时其对水平动力阻抗几乎没有影响。     

孤立闸墩流固耦合振动问题的研究

本文用分区解法求解孤立薄壁墩(悬臂板)振动诱发的三维势流场;用Rayleigh法求解板与流体的自由耦合振动角频率;最后对计算结果进行了实验验证。     

基于积分型分数导数本构方程的粘弹性弹性土层中单桩的复刚度与导纳研究

在三维积分型粘弹性本构方程的基础上，建立了基于三维积分型本构方程的粘弹性土体的竖向振动微分方程。利用三维分数导数Kelvin粘弹性本构关系描述土体的应力应变关系，考虑分数导数和卷积的Fourier变换性质，利用势函数和分离变量法在频域内求解了分数导数粘弹性土层的竖向振动，并在此基础上求解了粘弹性土层中单桩的竖直振动。研究了土体本构模型参量对桩顶复刚度和桩顶导纳的影响，研究表明，分数导数的阶数对桩顶复刚度和桩顶导纳有较大的影响，土体粘性系数对复刚度的实部和桩顶导纳影响较大，而对复刚度虚部影响相对较小。     

坝-基动力相互作用的高阶时域模型

采用有限元法模拟近场有限域,并采用基于比例边界有限元法的高阶透射边界模拟远场无限域,建立了一种坝-基动力相互作用的时域模型。模型的高阶透射边界由采用改进的连分式法求解无限域动力刚度矩阵建立,在时域里表示为一阶常微分方程组。它能精确满足无限远处的辐射阻尼,具有全局精确、时间局部和收敛速度快等优点。对近场有限域和远场无限域在交界面上的相互作用力向量进行耦合,通过联立有限域和无限域的运动方程,建立了坝-基耦合系统的标准动力学方程,该方程可采用直接积分法进行求解。该耦合系统的稳定性取决于其系数矩阵的广义特征值问题;如果出现不稳定情况,采用移谱法以消除虚假模态。通过算例验算,结果表明该算法在时域里具有良好的计算精度和效率。     

半无限弹性地基上任意形状弹性基础板的有限元分析

本文将任意四边形板单元的协调位移模式应用于半无限弹性地基上任意形状弹性地基板分析。文章提出了相应的高斯积分术解法,通过求解地基的柔度矩陈,根据地基与板之间的位移协调及静力平衡条件建立了以板的位移为未知量的有限元方程,并给出两算例。     

近断层地震动作用下高耸补压塔地震反应分析

由于近场脉冲地震中含有幅值较大的速度脉冲,其表现出的基本特征通常不同于远场地震。为研究近断层地震和地基刚度对补压塔结构动力响应的影响,以某拟建补压塔为研究对象,考虑流固耦合和地基辐射阻尼,建立水体-结构-基础三维有限元模型,采用时程分析方法研究不同地基刚度、不同地震动类型对结构动力的响应规律。利用1999年集集地震的3组不同类型的地震动记录,即远场、近场无脉冲和近场脉冲型,采用精度较高的波动输入方法和黏弹性人工边界对构筑物进行动力分析。研究表明：不同的地震动特性和土-结构相互作用效应对补压塔的结构响应有显著影响,在地基刚度不大时,近场脉冲型地震位移响应是远场地震的2.5倍以上,鞭稍效应更为明显。近场脉冲型地震动对结构响应影响程度与结构第一周期有显著的相关性。研究结果可为近场区域高耸水工结构设计提供理论依据。     

闸门流激振动全水弹性模型试验的原型验证

由于弹性结构与其周围流场存在着复杂的相互作用,单纯数值方法还不能正确预报这种水弹性振动,因此,水弹性模型试验已成为预报流场中结构原型行为的唯一方法.在对水弹性振动模型相似准则和研制的闸门水弹性振动模型材料性质简要介绍的基础上,对三峡大坝导流底孔弧形闸门全水弹性模型振动试验成果和其原型振动观测成果作了多方面对比分析.结果表明:全水弹性模型试验预报的原型闸门的动力特性、振动加速度、结构动静应力与原型闸门在相近条件下的实测成果颇为一致,从而验证了闸门全水弹性模型对原型闸门流激振动行为预报的可靠性.     

分布随从力作用的双参数地基上悬臂管稳定性研究

为了对分布随从力作用时双参数地基上悬臂管稳定性进行分析,利用Euler-Bernoulli梁模型创立输流管道的运动微分方程,然后运用传递矩阵法进行求解。通过分析悬臂输流管的无量纲复频率和失稳时临界流速间的关系,在地基刚度取4种不同值情况下研究悬臂管道受分布随从力和流体流速作用时的振动情况。结果表明①地基刚度取值一定时,悬臂管道受分布随从力和流体流速影响时的振动特点大不一样;②无量纲分布随从力与流体流速取值一定时,管道系统的振动状况随着地基刚度增加而更加稳定,相比线性刚度的影响剪切刚度的作用尤为突出。     

导墙结构的流激振动研究

以三峡水利枢纽溢流坝段与厂房坝段之间的导墙流激振动问题为背景，总结了导墙结构的脉动压力的幅频特征，计算分析了其流激振动响应，并与水弹性模型试验成果进行比较，探讨了三峡导墙流激振动的主振源，最后对导墙结构特征与流激振动安全性的关系进行了讨论，结果对类似工程有参考价值.     

近海结构—流体—地基体系的辐射水动力特性和地震分析

本文提出了求解弹性地基上弹性铅直圆柱体与周周液体耦联振动的解析方法。在该方法中采用了改进的数学模型,不仅考虑了结构-流体相互作用,同时还考虑了弹性地基对整个结构-流体-地基体系的影响。文中给出了依赖于激振频率的辐射附加质量和水动力辐射阻尼的解析表达式,分析了它们随激振频率的变化特性,并将之分别与广义质量和广义阻尼作了比较分析。本文还就结构-流体-地基相互作用对于辐射水动力荷载的影响作了描述和研讨。     

三峡大坝导流底孔闸门流激振动水弹性模型试验研究

 为了解决三峡大坝导流底孔弧形闸门的流激振动问题,采用完全水弹性相似模型研究了闸门的流激振动。介绍了闸门振动水弹性相似原理、水弹性相似材料的性质、闸门水弹模型模态分析及模型振动试验结果。试验结果表明:闸门在无侧止水或侧止水损坏情况下淹没出流时，将产生强烈的自激振动;闸门两侧缝被封堵以后，在同样的淹没出流情况下，只产生轻微振动;闸门产生强烈振动的主要原因是闸门侧缝射流和下游紊动水流汇合后在门侧形成了自激振荡系统的结果;消除侧缝射流，就可以避免强烈的自激振动。     

AN OPTIMIZATION OF EIGENFUNCTION EXPANSION METHOD FOR THE INTERACTION OF WATER WAVES WITH AN ELASTIC PLATE

The hydroelastic interaction of an incident wave with a semi-infinite horizontal elastic plate floating on a homogenous fluid of finite depth is analyzed using the eigenfunction expansion method. The fluid is assumed to be inviscid and incompressible and the wave amplitudes are assumed to be small. A two-dimensional problem is formulated within the framework of linear potential theory. The fluid domain is divided into two regions, namely an open water region and a plate-covered region. In this paper, the orthogonality property of eigenfunctions in the open water region is used to obtain the set of simultaneous equations for the expansion coefficients of the velocity potentials and the edge conditions are included as a part of the equation system. The results indicate that the thickness and the density of plate have almost no influence on the reflection and transmission coefficients. Numerical analysis shows that the method proposed here is effective and has higher convergence than the previous results.     

闸门流激振动水弹性模型材料研制及其应用

 根据水弹性相似律对模型材料的要求，通过采用复合材料加填增重剂和改变模型材料的配方及生产工艺，研制出一种水弹性模型材料。使其密度和弹性模量均满足不同几何比尺模型的要求。当几何比尺为20时，其动弹性模量为11 720.4MPa，密度为7.37g/cm3几何比尺为13.37时，其动弹性模量为16 822.0MPa，密度为7.39g/cm3。在无侧止水条件下，对用研制的材料制作的三峡深孔孤形闸门模型，进行了流激振动试验。通过测定闸门在运行过程中的振动加速度、支臂的动应力和门页上的水流脉动压力，分析评估了闸门的振动特性。     

Numerical analysis of shell-side flow-induced vibration of elastic tube bundle in heat exchanger

The responses of the flow-induced vibration of an elastic tube bundle subjected to the shell-side cross flow are investigated in this paper. The weak coupling method and the fluid solid interface are used to solve the fluid-structure interaction problem with consideration of the geometry and physical natures. The effects of the shell-side fluid flow velocity and the structural parameters on the flow-induced vibration are discussed. Numerical results demonstrate that the vibration frequency and amplitude at the monitor points increase with the increase of the shell-side water inlet velocity in all directions. The wall thickness and the external diameter of the elastic tube bundle have significant effects on the responses of the flow-induced vibration. The structural parameters affect the vibration frequency and amplitude, and the vibration equilibrium position in the water flow direction. The vibration frequency decreases with the increase of the tube external diameter. In addition, the vibration in the water flow direction has a lower equilibrium position when the elastic tube bundle has a larger wall thickness or smaller external diameter.     

粘弹性地基中管桩的纵向振动特性研究

基于经典的平面应变假定,推导出了管桩动力响应的频域解析表达式。分析了土体剪切模量、阻尼系数、桩芯土、桩径等对振动特性的影响。计算结果表明：土体剪切模量越大,速度导纳曲线和复动刚度曲线振荡幅值越小;土体阻尼系数越大,速度导纳曲线振荡幅值越小;桩周土对桩壁的摩阻力要比桩芯土大;桩径越小,桩芯土对桩的作用力越小。