降阶模型在膜结构风振流固耦合分析中的应用

针对膜结构风振流固耦合计算的强耦合分区法应用降阶模型,将降阶模型应用于耦合迭代运算过程.建立了流体域和结构域的降阶模型,给出了采用降阶模型进行强耦合分区计算的步骤.为了实现强流体域和结构域的强耦合,通过在耦合迭代过程中采用降阶模型的方式获得流体及结构的雅克比行列式,在每一时间步内采用降阶模型计算强耦合求解方法中的流体和...     

膜结构风振中流固耦合效应的数值模拟研究

对膜结构风致振动中的流固耦合效应进行了数值模拟研究。采用数值模拟方法中的强耦合整体方法,引入伪实体模型,通过伪实体模型方程,流体方程与结构方程的隐式弱形式来构成整个体系的强耦和整体式方程。采用该方法对双坡型膜结构在考虑和不考虑耦合效应下的风振响应等重要参数进行了计算分析,并将计算结果与已有风洞试验结果进行对比,结果符合良好。同时计算了结构周围空气的风速矢量、压力场分布,得到了空气流体场的变化规律。结果表明采用强耦合整体方法计算所得的解具有很好的收敛性,可以较准确地预测膜结构的风致动力响应。     

无矩阵迭代法在膜结构风振耦合分析中的应用

提出在采用浸入物体法（IOM）对膜结构和空气流体建模时,可以采用带有预定条件的无矩阵Newton-Krylov迭代算法求解浸入物体法,并引入了预定条件矩阵。将提出的无矩阵迭代方法应用于一双坡型膜结构的风振耦合分析中,得出了结构的风压和风速分布,并对带有预定条件和不带预定条件的无矩阵迭代算法进行了对比。结果表明,将带有预定条件的无矩阵迭代算法应用于膜结构风振的耦合分析中,可以得到准确结果,并使计算效率大大提高。     

弦支穹顶结构动力反应分析

以天津开发区商务中心大堂的弦支穹顶为研究对象,分析了弦支穹顶结构体系的自振特性,分别运用随机模拟风振分析方法和时间历程分析方法,对其进行了风振和地震反应分析,得到了结构在动力荷载作用下的响应时程,并对分析结果进行了频谱分析和统计分析。研究发现弦支穹顶结构的自振频率呈密集型分布,且振型复杂;结构的风振响应基本以受迫振动为主,没有出现明显的峰值共振现象;结构的地震响应在前几阶基频处出现了较为明显的峰值共振现象;从振动的幅值角度看,风荷载的动力作用效应相对于地震荷载要显著。     

考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析

现有的风力发电塔架风振响应分析大多忽略叶片与塔架的耦合作用,而由于叶片质量和扫略面积较大,对风力发电塔架风振响应分析的影响不可忽视,因此,在风电塔架的研究中考虑叶片对塔架的影响,其结果会更加接近实际情况。本文考虑叶片与塔架耦合作用对风力发电塔架风振响应的影响,建立了相应的力学模型和运动方程。分别对有无叶片塔架耦合作用进行模态分析,比较了两者的固有频率。并通过MATLAB软件编写程序得到脉动风荷载时程曲线,最后在ANSYS中对风电塔架脉动风荷载进行时程分析,得到两种不同风电塔架模型的风振响应时程曲线,比较了两者在同一高度处的位移、速度和加速度反应,为进一步研究实际风电塔架结构提供了可靠的理论依据。     

线性系统在非平稳随机激励下的响应

本文通过广义复模态理论把动力学方程降阶,使系统的脉冲响应函数和传递函数具有简单的形式,在此基础上讨论了一般线性系统在演变非平稳随机激励下响应计算的频域法和时域法。通过算例对频域法和时域法进行了比较,并对单自由度体系演变非平稳响应的谱矩进行了研究。     

基于AR模型模拟超高层建筑的脉动风速时程

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且通过风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。因此,本文使用线性滤波法即白噪声滤波法(white noise filtration method,WNFM)中的自回归(auto-regressive,AR)模型模拟超高层建筑的风速时程。首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了四阶AR模型的参数表达式。接着,基于AR模型模拟了一幢高度为200 m超高层建筑的风速时程。最后,通过比较模拟风速功率谱、模拟自相关函数和互相关函数与目标风速功率谱、目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证基于AR模型模拟超高层建筑风速时程的可行性。     

考虑一阶系统参与组合的复模态分解反应谱法

对地震作用下结构反应的复模态分解反应谱法进行了研究,指出在复模态分解反应谱法中,具有实特征值的模态不必组成二阶振动系统,可按一阶线性系统参与模态组合,且一阶线性系统只需要一条反应谱。给出了相应的复模态完全平方组合(CCQC)系数计算公式,该公式包括了一阶系统响应的相关函数和一阶系统响应与二阶系统响应之间的相关函数。通过算例验证了方法的可行性。     

用极大似然法估计模态参数

本文提出了一个估计模态参数的方法。此法利用修改的高斯极小化方法,给出一组使极大似然平方函数和为最小的模态参数。 这个方法适用于象桥、坝和建筑物等大型结构的偏心起振机振动试验和结构脉动响应的分析。所采用的数学模型为线性和参数时不变的。 计算机实验结果表明,这个方法具有令人满意的可识别效力。即使存在很强的模态耦合也能估计出系统的模态参数。还可以给出参数的置信域。文章的最后还给出了一个实际例子。     

大跨开合屋盖风荷载与风致响应试验与数值计算研究

为研究屋盖开孔对大跨结构风效应的影响,在边界层风洞中开展了大跨开合屋盖刚性模型风洞测压试验,分析了结构表面风荷载分布特征,基于时域分析法研究了屋盖开合对风致响应的影响。结果表明:大跨结构模态密集,第一阶模态能量最大,高阶成分的贡献不容忽视;屋盖开洞能有效的减小屋面风荷载,降低位移响应与加速度响应,减小风振系数。研究结果可为大跨开合屋盖风荷载设计提供参考。     

封闭式组合膜结构的动力时程分析

由于索膜结构的变形具有明显的非线性,使得传统的谱分析计算会带来的较大的误差,利用ANSYS有限元程序,对封闭式组合膜结构进行了自振特性计算,并输E l Centro水平波进行了动力时程分析。结果表明,对于索膜结构,时程分析方比谱分析法更为可靠;索膜结构耦合现象明显,结构响应复杂,地震下的位移变化显著;所讨论的封闭式组合膜结构工程中,中部和两侧膜面区域的地震反应较大,起封闭作用的膜面在地震作用下性能良好。     

基础隔震耗能结构基于Kanai-Tajimi谱的随机响应简明解法研究

针对在Kanai-Tajimi谱激励下设置广义Maxwell阻尼器的多自由度基础隔震耗能结构进行响应分析比较复杂的问题，提出一种求解响应的简明解法。首先，联立广义Maxwell阻尼器本构方程与原结构运动方程，重构结构运动方程；其次，利用复模态法将运动方程解耦获得了系列响应的特征值以及复模态参与系数，进而获得结构系列响应的统一表达式；最后，计算激励功率谱与响应功率谱的二次正交式，获得了结构响应0～2阶谱矩及方差的简明解析解。算例计算了一多自由度结构响应的方差及0～2阶谱矩，将计算结果与虚拟激励法进行比较，证明本文所提方法的正确性，同时具有更高的计算效率。     

土壤中的非线性地震效应：数值模拟和研究

为了研究土壤地震响应的非线性效应，进行了水平土层中垂直入射地震波传播的数值模拟。不同强度的噪声状剪切地震波和单色地震波作为输入信号。土壤行为由非线性滞后模型来描述。为了提取和研究地面响应的非线性成分，采用了非线性识别系统和地表振动的高阶谱分析方法。甚至对于弱输入信号，模拟的土壤响应也含有显著的非线性成分。由于组合频谐波的产生和发展，输入信号强度的增大会导致传播信号进一步失真。结果表明：奇数类型的非线性在土壤中最典型，比如第立方阶和第五阶非线性，会使输入信号的主频产生第3阶和第5阶的更高阶谐波。偶数阶类型的非线性，如第2阶、第4阶和第6阶，与振动的不对称性或者偏斜度有关（即地表的准静态形变），通常情况下很微弱，但某些土壤的应力一应变关系可用显著的偶数部分的函数表示的特殊情况除外。由于产生了更高的谐波，弱非线性会致使高频成分增加。若是强非线性状态，放大倍数和剪切模量的减小变得很明显，传播信号谱的改变达到最大值。因此，任意谱的输入信号转换成为E（f）～f^k形谱的输出信号，其中k取决于介质特性。     

横风向旋涡脱落的共振分析及在工程上的应用

结构在风荷载作用下，不但会出现顺风向平均风响应和脉动风引起的风振响应，而且必然同时出现横风向旋涡脱落风振，当横风向旋涡脱落频率与结构的某阶自振频率一致时，结构会产生极大的横风向共振，以致引起结构的损坏或破坏。在阐述横风向旋涡脱落频率共振的基本原理基础上，结合工程实际，对某一电信楼的避雷针结构进行了横风向风振(旋涡脱落)的校核与计算，得到了一些有益的结论与建议，为避雷针的进行风振控制提供了可靠的参考依据。     

基于黏弹性边界的二维沉积盆地非线性地震响应分析

建立弹性基岩上覆软土场地中二维沉积盆地非线性地震响应分析的有限元模型。模型截断边界定义为黏弹性人工边界,地震波动以等效结点荷载的形式输入,土体的非线性特征以等效线性法模拟,求解在频域内进行。首先,借助高精度的有限元-间接边界元耦合法,验证模型的可靠性。其次,基于某一沉积盆地开展地震动数值计算,针对其线性与非线性响应的差异性进行分析。最后,通过比较非线性条件下自由场与存在盆地地形场地的响应结果,讨论盆地局部地形对地震动的影响。研究表明,土体的非线性特征对盆地地震响应有显著影响,在盆地中心附近有可能出现非线性地震响应大于线性响应的特殊现象;与自由场相比,盆地内的非线性地震响应普遍明显放大。     

基于复振型分解的多自由度非线性体系动力可靠性研究

提出了基于复模态理论的多自由度非线性体系动力可靠性分析方法。该方法首先采用等效线性化的方法处理体系的非线性问题,然后采用复模态分析处理非经典的等效线性阻尼矩阵,将具有非经典阻尼的等效多自由度线性体系按复振型分解,将多自由度体系的随机反应分解为一系列一阶体系的复模态反应,从而求得体系的随机反应,最后进行体系的动力可靠度计算。通过算例验证,表明该方法概念明确、思路清晰,为一般多自由度非线性体系提供了一个普遍适用的动力可靠性分析方法。     

动力基础系统非线性力学模型

采用定参理想集总参数计算体系，以动力基础非线性动力学模型和非线性广义刚度函数的概念为基础，将动力基础模型从竖向非线性振动推广至水平非线性振动、扭转非线性振动以及水平-回转二自由度耦合非线性振动和竖向-水平-回转三自由度非线性耦合振动，建立了动力基础非线性动力学模型的一般表达式，为动力基础非线性设计提供了理论。     

钢框架基于复模态随机反应分析的抗震可靠度研究

首次将复模态法应用于钢框架结构的随机地震反应分析中,通过算例对钢框架结构在平稳地震激励下的抗震可靠度进行了计算分析。同时,提出了钢框架在非平稳地震激励下的反应统计量的求解方法。研究表明,钢框架结构在非平稳地震激励下的随机反应分析,可以利用扩阶的方法来进行,将求解结构非平稳随机响应转化为求解扩阶系统在均匀调制白噪声激励下的响应。采用复模态分析法可较方便地求解出结构在非平稳地震激励下弹性随机反应的协方差函数及均方差的解析表达式。     

悬索跨越管道的顺风向风振响应分析

根据渭惠渠跨越段工程中某悬索跨越管道的工程实例,利用MATLAB软件编制了悬索跨越管道的空间相关性风场的模拟程序,模拟风速的功率谱密度函数与目标功率谱均吻合较好,说明本文方法具有较高的精度。将风速转换为风荷载,并施加在悬索跨越管道的有限元模型上,进行风振响应分析,获得结构的位移和加速度时程曲线及构件的应力分布情况,结果表明该悬索跨越管道结构在风荷载作用下是安全的,为同类结构的抗风设计提供参考。     

转体斜拉桥大悬臂站立状态列车振动响应分析

随着我国桥梁建设的不断发展,转体施工法的应用越来越广泛,但目前很多转体桥梁的转体过程要中断桥下交通。为了在不中断桥下车辆通行的条件下实施转体,降低这种不利影响,以邹城市转体斜拉桥为工程背景,采用激振力函数模拟列车竖向振动荷载,建立大悬臂站立状态转体斜拉桥的三维动力计算模型,对悬臂桥梁的模态进行分析,得到转动时最容易发生的振动形式,研究在列车振动荷载作用下,转体结构的振动响应规律,为以后不中断列车通行实施桥梁转体提供技术依据。