拉索端部弹性约束振动控制研究(I)——理论模型

本文建立了拉索振动的轴向被动控制理论模型。在拉索端部沿轴向设置弹性约束,通过影响索端支座的移动,从而改变拉索的振动特性,最终达到减振效果。通过D’Alembert原理建立拉索-弹性约束系统振动方程,通过Galerkin方法将偏微分方程转化为常微分方程,应用龙格-库塔积分法求解方程;经过仿真分析,验证了该振动控制具有明显的减振效果,并且讨论了初始拉力、支座质量、振动频率及弹簧刚度对减振效果的影响;最后给出了计算最优阻尼参数的近似解析式,为工程师提供了简便有效的参考依据及设计方法。     

拉索端部弹性约束振动控制研究(Ⅱ)——试验验证

在索端沿轴向设置弹性约束,对拉索振动轴向被动控制进行了试验研究。研究了支座移动对拉索振动频率的影响;验证了弹性约束对拉索振动的减振效果,讨论了阻尼系数和弹簧刚度对减振效果的影响;最后验证文献[10]中理论研究的正确性。     

离散网格中的弹性波动(Ⅰ)

本文提出了振动传递函数的概念,基于这一概念系统地阐述了一维离散网格中弹性波的频散、截止频率、寄生振荡等现象以及这些现象之间的联系。文中指出了在扰动源附近节点出现频率大于截止频率的寄生振荡的可能性,以及离散步距△x的选取必须明显强于群速度为零的条件,以保证离散计算的精度。文中还讨论了弹性波在非均匀网格中的反射和透射现象,提出了不同介质分界面两侧最佳的离散化方案,即两介质中离散步距之比等于波速之比。文中指出在同一介质中局部加密网格不能达到提高波动计算精度的目的,而在联结非均匀网格的过渡区内离散步距的合理选取可以大大减小离散化的误差。本文结果对波动问题高维有限元计算具有启发意义。     

基于预应力拉索的自复位海洋平台振动控制研究

本文提出了一种新的基于预应力拉索的海洋平台减振措施。本文以JZ20-2北高点井口平台为例,在JZ20-2北高点井口平台加设预应力拉索,利用ANSYS有限元软件对整体结构进行了地震作用和冰激荷载作用下的仿真分析,计算分析了预应力的大小、拉索的布置方式对平台节点位移和加速度的影响。数据分析表明,施加预应力和拉索的布置方式可以有效地减小海洋平台动力反应,具有较好的减振效果和鲁棒性,具有较好的自复位性能。     

端部加强型双重钢管屈曲约束支撑影响因素研究

利用ANSYS软件对端部加强型双重钢管屈曲约束支撑进行单调加载,研究约束比、间厚比和径厚比等构造参数对支撑极限承载力的影响;通过APDL语言二次开发,分析临界约束比、临界间厚比和临界径厚比的取值范围。研究表明:约束比是影响屈曲约束支撑性能稳定发挥的重要因素,在不考虑初始缺陷情况下约束比不应小于1.5;当约束比满足要求时,随着内核钢管径厚比的增大,其临界间厚比上限值呈降低趋势,变化趋势接近于直线,临界间厚比应不大于0.18;约束比满足要求时,随着间厚比的增大,其临界径厚比上限值呈降低趋势,临界径厚比应不大于29。     

TLD抑制拉索振动的试验研究

针对现有减振方法对拉索振动控制的不足,尝试利用调谐液体阻尼器(TLD)抑制拉索振动。首先设计了TLD模型,并进行了TLD单体试验,其次对Cable-TLD组合系统进行了试验研究。研究表明利用TLD抑制拉索振动是可行的。其研究为同时控制拉索面内外复杂耦合振动提供了一种新思路。     

黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析

提出采用黏滞阻尼器对拉索参数振动进行控制,建立了黏滞阻尼器控制拉索参数振动的运动方程。从频域和时域以及起振幅值等角度,研究了最优黏滞阻尼器对不同垂度拉索参数振动的控制效果;此外,还研究了最优黏滞阻尼器安装位置对拉索参数振动控制效果的影响。研究表明,黏滞阻尼器可以有效控制拉索的参数振动,控制效果与拉索的激励幅值、最优阻尼器的安装位置和斜拉索的垂度有关。激励幅值越大,控制效果一般越差;最优阻尼器的安装位置越靠近跨中,则控制效果越好;黏滞阻尼器对大垂度拉索的控制效果不及对小垂度拉索的控制效果。     

裂纹端部的力学研究

本文计算并讨论了忽视旋转的传统理论所不能给出的裂纹端部场与场源的相互作用，首先利用弹性力学方法计算了共线裂纹组端部的应力场及位移场，然后应用旋转理论给出共线裂纹组端部的扭转力通解，对单裂纹和双裂纹情形做了重点讨论．     

防振锤抑制拉索振动的仿真分析与试验研究

针对目前斜拉桥拉索减振方法的不足,提出利用防振锤抑制拉索振动的思路。为验证该方法的有效性,本文分别建立了拉索和防振锤的运动方程,并采用振型叠加法建立与其对应的广义坐标方程,采用状态空间法建立与其对应的状态方程,运用SIMULINK仿真系统对拉索进行了动力仿真分析。设计了相应的室内试验,进行了拉索-防振锤组合系统试验,并利用SIMULINK对试验进行了相同参数的仿真分析,对比验证了防振锤减振的有效性。仿真结果与试验结果对比发现,作为拉索减振装置防振锤减振效果较为显著,对于防振锤的设计应使其振动频率与拉索振动频率相一致、安装质量不宜过小、阻尼不宜太大、且宜安装在拉索振幅较大处。研究结果表明:防振锤抑制拉索的振动是有效的,利用防振锤装置抑制超长拉索振动是可行的。     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

高层钢结构地震反应形状记忆合金拉索控制研究

本文通过形状记忆合金(SMA)材料的超弹性性能试验确定了SMA材料的各项参数和常温状态下的本构模型。对采用SMA拉索实施振动控制的20层钢结构的Benchmark模型的地震响应进行了时程分析。计算结果表明,实施SMA拉索控制后,层间相对位移可降低70％左右,且SMA材料很好的耗能作用有效地减少了地震能量向上部楼层的传递,对上部结构具有一定的隔振作用;顶层相对位移的控制效果达到51％;顶层加速度可降低43％;地震波强度和拉索初应变对拉索的被动控制效果影响较大。最后给出了拉索的安装位置与拉索的应变之间的关系曲线,建议了合理的布置方案。     

震前声—振动与动物行为反应关系的反演研究(Ⅰ)

本文对不同介质的受击空气声(SABS)、界面固体声(SSBSB)和沙层固体声(SSBSS)进行了测量,并与某些动物的感觉特性相比较。脆硬介质(Ⅰ)的SABS的主峰频率和幅值都明显高于低硬介质(Ⅱ)和含断面的低硬介质(Ⅲ)。可见,震前宏观地声的音色和强度的地区差异和某些动物的听觉效应与局部地区的介质特性有关。冲击能量(SE)为3×10~5尔格时,介质Ⅰ的SSBSB和SSBSS可被鸽、猫和某些昆虫觉察到,但介质Ⅱ猫觉察不到,介质Ⅲ只有某些昆虫可觉察到。SE为1.6×10~6尔格时,介质Ⅱ和Ⅲ的SSBSB和SSBSS可被鸽、猫、鼠和某些昆虫觉察到。相当于某些强震前一级左右的小震能量传至地表衰减7个数量级所激起的SSBSB和SSBSS仍有可能被这些动物觉察到,并与局部地区的介质特性有关。     

面内端部激励下斜拉索振动方程推导与求解

为精确描述面内端部激励下拉索非线性振动机制,构建抽象端部激励下的拉索力学描述模型,分别推导了拉索拟静态振动和模态振动控制方程,基于有限差分法给出了拉索模态振动的数值求解方法。由于垂度效应的影响,在轴向、竖向以及轴向和竖向共同激励下拉索的拟静态索力与端部位移采用一个非线性方程予以表征。拉索拟静态振动可视作外部激励施加在拉索上,引起拉索的非线性模态振动,通过理论推导分别求得模态振动的控制方程和变形协调方程。在模态振动过程中,拉索的动力特性(如刚度和周期)不断变化,索力和拉索变形相互耦合,使得其求解非常复杂。采用有限差分法进行数值求解,并基于有限元方法验证了数值求解方法的准确性。重点讨论了拉索模态振动共振机制,结果表明,在轴向、竖向以及轴向和竖向激励下,拉索模态振动存在多个共振区域,包括小周期、0.5T₁、T₁和2T₁等(T₁为成桥状态下拉索基本振动周期);在共振区域内,拉索振动索力幅度较大,模态振动对总索力的贡献系数较高,超过0.4,在实际工程中不容忽视;拉索阻尼对模态振动的影响较大,增加拉索阻尼比将改...     

结构振动控制的半主动磁流变质量驱动器(MR-AMD)

本文首先提出了一种新型的半主动磁流变质量驱动器（MR－AMD），该装置用磁流变驱动器替代AMD的液压驱动系统；其次采用所提出的半主动控制算法仿真分析了MR－AMD用于结构振动控制的有效性；第三，比较了半主动质量驱动器（MR－AMD）、调谐质量阻尼器（TMD）及主动质量驱动器（AMD）对同一模型结构的控制效果。分析结果表明，MR－AMD作为一种半主动质量驱动器有效地降低了结构的反应，其控制效果虽然不如具有相同质量块参数的AMD但却优于TMD，且同AMD一样具有较宽的有效频带范围。     

地震动随机函数模型研究(Ⅰ)——模型建立

基于随机过程的随机函数解释,发展了一种随机地震动模型.模型包括两个部分,分别是基于理论物理关系的Fourier幅值谱模型和基于经验关系的Fourier相位谱模型.基于拟加速度谱概念建立的幅值谱模型能够反映强震记录的幅值特性,而Fourier相位谱模型则利用累积相位谱的单值连续特性,以线性多项式与三角级数组合的形式给出.模拟记录与实测记录对比结果显示两者不仅在波形结构上相似性良好,而且反应谱层次亦吻合良好.     

涡旋诱发重联模型(Ⅰ)——动力学特性

本文首先从理论上系统地研究了涡旋诱发重联的基本动力学特性.包括:涡旋诱发重联的物理机制;Kelvin—Helmholtz(K-H)不稳定性和撕裂模不稳定性耦合过程;磁流体涡管的基本特性;不同尺度涡旋间的相互作用,动能和磁能间的转化及准稳态时流线、磁力线、等涡度线和等电流密度线的相似性等.用二维MHD数值模拟方法研究了上述一些特性,并与理论分析结论进行了比较.结果表明,模拟结果证实了理论推论.涡旋诱发重联是产生局部磁场重联的重要机制之一,该模型在磁顶区的应用将另文发表.     

代数重建技术(ART)应用于跨孔地震资料——Ⅰ(方法)

本文将剖面成象技术应用于两组跨孔地震资料,来确定速度结构以及判明各种算法对买际资料的可靠性和分辨率。实验是在纽约Retsoff盐矿和瑞典Stripa矿地下放射性废料研究基地进行的。Retsoff的走时资料质量很高,并且在长度直到500m的整个射线路径上都能记到。Retsoff地区结构相当复杂,其速度差高达50％。Stripa场地位于速度差仅有百分之几的花岗岩上。实验范围不大,最大射线长度刚刚超过10m。该场地采集的资料精度很高,源和接收点位置的测量精度小于1.0mm走时的读数误差为0.001ms。本文将若干类似于医学成象的代数重建技术(ART)应用于这些资料。算法作了一些修改,例如,加权模式的应用,阻尼参数的应用,利用弯曲射线路径。所得到的速度场与已知场进行比较,相互对照以便确定一种最优方法。业已发现,这些算法是重建实际资料慢度场的一种速度可靠的方法,低速带的位置和速度值精确地被恢复原状。同时还发现,为保证利用适当的阻尼参数,取适当的叠代次数,应用这些技术时必须非常小心,否则重建技术的结果会很差。     

岩石圈塑性流动波的实验研究(Ⅰ)

实验采用了适当配比的塑化松香 ,模拟岩石圈延性层 ,研究边界驱动条件下塑性流动波的传播过程。实验表明 ,塑性流动波类似于粘性重力波 ,并有“快波”和“慢波”之分 ,二者分别由主波和辅波叠加而成。主波类似于孤立波或涌波。根据相似原理 ,“快波”主波的外推波速约为 0 .12～2 .5km/a ,在波速量级上大致相当或接近于岩石圈下层某些控制地震迁移的塑性流动波     

界面的射线扰动理论(Ⅰ)

本文提出了一个计算横向不均匀介质中射线轨道和振幅扰动的新方法。哈密顿方法导出了联合计算傍轴射线和扰动射线的方法。扰动射线是由于速度分布及界面形状的微小变化引起的。我们用简单明了的笛卡尔坐标代替在经典的动力学射线追踪方法中使用的射线中心坐标。其优点是傍轴射线可以非常灵活地被认为是没有被扰动的射线。首先研究初始条件的扰动或傍轴射线追踪。利用这个方法,在中心射线附近传播的射线束可以借助所谓的傍轴射线传播算子进行追踪。这个射线传播算子是本文中讨论的所有方法的基础。文中将讨论怎样有效地确定它。我们提出了一个有限元方法。在这个方法中,介质被分成具有简单速度分布的梯形元。我们认为当在每个元中采用恒定的慢度平方的梯度值时就能得出较简单单的结果。本文的第二部分将计算速度结构和界面的扰动对射线轨道、振幅和波形的影响。我们的结果可以很容易地用来计算走时、振幅和波形线性反演中的Fréchet导数。最后,给出了在有扰动界面的简单介质中计算合成地震图的一个例子,并给出了几种典型的参考介质中计算扰动射线的简化表达式。     

某筛分楼振动测试及振动控制研究

多层工业厂房引进大型动力设备而引起的结构振动时有发生。为了研究动力设备扰力作用下结构振动问题,结合某筛分楼在振动筛工作时厂房振动强烈的工程实例,通过现场振动测试和有限元软件Sap2000建模分析,对比理论分析结果与振动测试结果,验证了模型的合理性并确定振动原因。在有限元分析的基础上提出二次隔振加固方案,加固前后的理论计算值对比表明:二次隔振方案减振效果显著,可为既有结构异常振动的减振加固提供一定参考。