基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。     

磁流变阻尼器逆向模型的建模、优化与仿真

在材料特性实验台上对磁流变(magnetorheological,简称MR)阻尼器的阻尼特性进行了测试,识别了Bouc-Wen模型的未知参数.利用BP神经网络技术建立了MR阻尼器非线性逆向模型,并利用遗传算法高效的全局优化能力对MR阻尼器神经网络模型的结构、权值和阈值进行优化.将所建逆向模型应用于铁道车辆的半主动振动控制中进行仿真.分析结果表明,优化后的神经网络模型预测精度和泛化能力均得到显著提升,半主动控制效果明显,验证了该优化方法的有效性.     

基于波叠加法的非共形近场声全息波函数的构造与选择

在传统波叠加法的近场声全息算法中通常采用单层势或双层势波函数作为积分核函数,这类波函数在全息面与等效源面非共形的情况下极易导致系统矩阵的线性相关性增强和病态加重。以往研究多侧重对病态矩阵的正则化处理,以求获得更好的计算结果。从理论上分析了传统单层势或双层势波函数导致系统产生病态的原因,进而通过对格林函数的各阶求导构造出了系列具有较强指向性的射线波函数。利用该系列射线波函数替换传统波叠加法中的单层势或双层势波函数,可以使所形成的系统矩阵呈现主对角占优且近似对称的良态形式,从而可获得更精确、更稳定的计算结果。对脉动球源、振动球源以及可叠加为任意声源外声场的一般球源进行了数值仿真。研究表明:采用高阶波函数叠加法在传统波叠加法的系统矩阵已病态且不使用Tikhonov正则化就无法获得满意计算结果的情况下,能明显降低系统矩阵的条件数,使系统矩阵良态化。因而从这个意义上说,该方法也是一种可提高重建稳定性的正则化手段。同时发现,无论是传统的单层势和双层势波函数,还是射线波函数都各有其适用范围和优缺点,因此在实际使用中应根据不同的情况选择不同的波函数以提高计算稳定性和计算效率。     

一种磁流变阻尼器模型参数识别新方法

提出一种磁流变阻尼器模型参数识别新方法,该方法不需模型参数的任何先验知识,能够评估各参数对输出阻尼力的影响大小,从而选择最佳的阻尼力调控参数。利用试验台获取磁流变阻尼器在多种激励幅值、频率和电流作用下的阻尼力。针对Bouc-Wen模型表达式搭建Simulink计算模型,以仿真值与试验值之间的误差作为目标函数,通过遗传算法和模式搜索算法对模型参数进行识别。综合评估各参数对模型输出阻尼力的影响大小,从而确定最佳的阻尼力调控参数,并利用曲线拟合工具箱确定阻尼力调控参数与电流之间的函数关系。根据调控参数的电流函数对原有Simulink模型进行扩展,最终识别出全部未知参数。采用多种幅值和频率激励下的试验数据对模型进行验证,表明该模型识别结果正确,可准确刻画磁流变阻尼器物理元件的滞回特性。该方法不限于所使用的Bouc-Wen模型,可广泛用于磁流变阻尼器的其他力学模型的参数识别。     

不同约束载荷下三岁儿童乘员胸部运动方程与损伤风险研究

3岁儿童乘员胸部在冲击载荷条件下的运动学响应一直是研究的盲点,本文基于ECE R44法规前碰撞动态试验方法,采用Hybrid Ⅲ 3岁儿童假人和第四代学术版THUMS 3岁儿童人体有限元模型(THUMS 3YO)建立了两款儿童约束系统(CRS)的正面碰撞台车数值分析模型。建立了Hybrid Ⅲ 3岁假人胸部运动力学方程,分析了胸部加速度和胸部所受内外力的相互关系。同时,定性对比分析了两款CRS中THUMS 3YO儿童胸部软组织器官损伤风险。分析结果表明:Hybrid Ⅲ 3岁假人胸部加速度与胸部所受的外力和内力都相关,外力是胸部加速度的最重要的影响因素;两款CRS中THUMS 3YO儿童乘员胸部内脏软组织器官所受的应力应变均超出了损伤阈值,前置护板型CRS对儿童胸部器官损伤风险相对五点式背带式CRS更大。该研究内容厘清了儿童乘员胸部在动态载荷条件下的运动学方程及不同加载方式的胸部软组织损伤风险,对儿童乘员约束系统的设计具有重要的指导意义。     

基于通用切比雪夫滤波器的有源噪声控制研究

针对前馈管道非线性有源噪声控制系统,提出一种基于通用切比雪夫滤波器的次级通道建模方法和通用切比雪夫滤波x最小均方误差算法(GCFXLMS,general Chebyshev filtered-x least mean square)。通用切比雪夫滤波器由第一类切比雪夫滤波器扩展获得,交叉项部分可通过对角结构实现,根据对角结构的性质,可以采用减少通道信号的实现策略以降低结构复杂度;使用该滤波结构建模次级通道,并给出了稀疏虚拟次级通道模型,基于此模型推导了GCFXLMS算法。该方法性能比较包括计算复杂度对比和控制效果对比。实验结果表明,在非线性有源噪声控制系统中,通用切比雪夫滤波器可达到与Volterra次级通道建模类似的建模效果,相比于传统的前馈滤波器,通用切比雪夫滤波器具有更优的控制性能。     

利用球形弹簧摆对输电塔风振控制的有限质点法

为了研究球形弹簧摆对输电塔结构的风致振动控制效果,通过分段等刚度梁单元建立输电塔简化模型。给出了空间梁系结构基于Timoshenko梁理论的单元内力计算公式,并应用有限质点法对简化模型及其与球形弹簧摆的耦合系统进行风致响应分析。一方面,球形弹簧摆由于内共振性质实现非线性能量阱,从而增加振动抑制频带的宽度,提高了鲁棒性;另一方面,球形弹簧摆和结构的非线性耦合,使得顺风向的振动能量部分转移到横风向,尽管增大了横风向响应,但是降低了结构的总体响应。计算结果表明球形弹簧摆减振效果非常好,当将其安装在除塔顶外的三个位置时,位移最大值和加速度均方根减振率分别为32.5%~41.7%和35.7%~65.2%。保持质量比和安装位置不变,验证了球形弹簧摆具有较宽的设计频带。使用球形弹簧摆可以显著减小位移标准差,有利于降低结构的疲劳损伤风险。     

基于VMD的建筑结构模态参数识别

在建筑结构的健康监测、控制和状态评估中经常遇到的一个关键性问题是如何根据实测响应信号准确估计结构阻尼比及自振频率等模态参数。基于变分模态分解(VMD)提出一种新的结构模态参数识别方法。该方法首先对实测振动信号进行VMD分解,获得单模态信号,然后采用自然环境激励技术(NEXT)得到单模态信号的自由衰减响应,最后利用直接插值法(DI)和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。通过三层框架结构的数值模拟验证了该方法的准确性及可靠性。利用该技术对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度数据进行分析,并将估计的结构模态参数和其他识别方法的分析结果进行对比,进一步验证了该方法的准确性和有效性。     

双层桥面桁架梁软颤振特性风洞试验研究

随着城市交通量的日益增大,双层桥面桁架梁的应用需求日益增加,研究其颤振特性有助于提升该类加劲梁的抗风设计水平。以武汉杨泗港长江大桥双层桥面桁架主梁为对象,利用节段模型自由振动风洞试验,测试了该主梁模型在不同工况下的软颤振特性,对比了不同风速条件下软颤振形态的异同。研究表明,双层桁架梁在试验中表现出了明显的软颤振特性,其振幅也随风速增加而增大。在0°风攻角的各级试验风速下,软颤振形态均表现为偏心扭转运动;在3°和5°风攻角下,起初表现为弯扭耦合运动,随着风速增大,弯扭耦合运动相位差逐渐减小;当风速增大到某个值后,弯扭耦合相位差为零,耦合颤振转变为偏心扭转颤振。无论是在连续的升风到降风过程中,还是在固定风速下给予不同初始激励,模型的软颤振振幅与折算风速之间具有唯一对应关系,不存在同一折算风速对应不同振幅的情况以及不同折算风速对应相同振幅的情况。最后从气动阻尼同时随振幅和折减风速变化的角度初步解释了双层桁架梁软颤振的发生机理。     

基于二维等效FE-SEA混合方法的复合材料层合板传声损失分析

为研究湍流脉动噪声激励下复合材料层合板的传声特性,首先基于一般层合板理论将复合材料层合板等效为单层各向异性板,进而采用FE-SEA混合方法研究其传声损失。同时开展复合材料层合板传声损失试验,并将FE-SEA结果和统计能量法(SEA)结果以及实验值进行对比分析。研究结果表明:FE-SEA结果和实验值整体上分布趋势一致,而且误差也相对较小,其中3 000 Hz～10 000 Hz误差在2 dB以内,但由于刚度等效导致2 000 Hz附近结果误差相对较大。相较于SEA方法, FE-SEA混合方法综合考虑了复合材料层合板边界条件和详细得几何特征,不仅可以准确地计算复合材料层合板的固有特性,而且使得传声损失结果在全频带内与试验值吻合得更好。因此建立的二维等效FE-SEA混合模型可以准确预示复合材料层合板在湍流脉动噪声激励下的传声损失。