带限位隔振系统的主共振响应及隔振性能研究

针对舰船设备带限位隔振系统中普遍存在的非线性特性,文中建立包含分段线性刚度和分段线性阻尼的限位隔振系统数学模型,采用平均法对主共振响应进行解析求解,推导出系统力传递率方程,综合分析了限位器各参数对系统幅频特性和隔振性能的影响规律,通过扫频试验进行验证。结果表明:限位器阻尼对系统振动性能具有积极意义,大阻尼限位有效减小了幅频响应峰值,降低了力传递率,减小甚至避免了跳跃和滞后现象的产生;对于任意一组系统参数都存在一个最优刚度比,使得相对位移幅值最小、隔振性能最好,同时保证了跳跃区间相对较小;适当增大限位间隙可以减小跳跃区间,进一步改善系统的振动性能。

波浪作用下平台吊放遥控水下机器人系统共振响应研究

针对平台吊放遥控水下机器人(Remotely operated underwater vehicle, ROV)过程中产生的复杂的共振现象会激发ROV剧烈的摆动和纵荡响应,从而影响下放安全的问题,本文基于Orcaflex软件建立了平台-吊缆-ROV耦合运动系统的数值仿真模型,采用时域分析方法,研究波浪作用下平台吊放ROV过程的空中下放阶段和水中下放阶段的共振响应特性。结果表明:空中下放阶段,单摆共振周期公式可以估算吊缆-ROV系统摆动周期,系统共振周期随缆长增加而不断增大;由于吊缆-ROV系统会同平台发生纵摇的谐振,下放过程中出现共振摆动和纵荡响应尤为剧烈的阶段。水中下放阶段,本文对单摆公式进行了修正,系统摆动周期估算误差低于4%;海水阻尼使系统共振摆角随缆长增加而减小,共振摆动得到明显抑制;流荷载导致吊缆-ROV系统共振周期的增大,且流速越大,共振周期增加越明显。在常见海况下放ROV时,下放过程存在共振区,可通过选择合适的下放速度以减小下放过程中的共振效应。

基于振动台试验的水平层状边坡共振响应分析

共振现象已经多次在汶川震害调查中被发现,其在结构工程中已经得到了广泛的研究,但在边坡工程中尚未开展深入的研究。采用振动台模型试验开展水平层状边坡的固有振动特性及其共振响应研究。首先分别通过白噪声激振、正弦波扫频和天然波激振获取边坡的固有频率,讨论不同方法在获取边坡固有频率方面的优劣性。其次,通过输入不同频率、不同幅值的正弦波激励,研究边坡的动力响应特征,重点关注边坡在共振频率处的加速度和位移响应特征。结果表明:白噪声激振和扫频试验分析结果较为接近,且白噪声激振对于边坡固有频率的变化识别更为敏感,天然波谱比曲线由于出现多个峰值,导致固有频率的确定较为模糊。边坡在其固有频率处存在共振响应现象,表现为边坡加速度峰值放大系数和位移响应峰值在共振频率段会出现峰值集聚,且相较于高程效应,共振对边坡响应的放大效应具有主导作用,会加剧边坡在振动作用下的变形破坏。研究有助于从边坡共振的角度揭示边坡的地震响应特征,也可以为边坡的抗减震研究提供思路。

含水合物松散沉积体核磁共振响应特征

近年来,低场核磁共振技术已广泛应用于多个学科领域的研究,低场核磁技术的磁场相对于高场核磁技术较低,磁化率均匀,比较适合于对流体的定量测量。在天然气水合物领域,国内外学者开展核磁共振实验的目的是来研究水合物生长和分解过程的微观孔隙结构、两相转化、水合物微观分布和动力学机制,以此来解决天然气水合物储层勘探、开采过程的问题。

致密储层数字岩心重构及核磁共振响应模拟

基于物理过程法模拟沉积岩的沉积、压实和胶结过程,构建致密岩石的三维数字岩心。利用随机行走法模拟不同成岩过程岩石的核磁共振响应以及不同润湿性岩石孔隙中流体的核磁共振响应。模拟结果表明,岩石胶结成岩后孔隙半径减小导致核磁共振横向弛豫(T_2)分布的峰值向短弛豫方向移动,流体视扩散系数略小于自由扩散系数;致密岩石中随润湿相流体饱和度减小,润湿相T_2分布向短弛豫方向偏移,受限扩散越来越明显。

大跨屋盖结构风致背景响应和共振响应实用组合方法

以随机振动理论为基础,推导了大跨屋盖结构风致背景响应及其模态耦合项、共振响应及其模态耦合项以及背景响应和共振响应耦合项的计算公式,提出了考虑耦合效应的脉动风总响应组合方法;在此基础上,引入耦合效应修正系数,并根据结构动力特性与风荷载特性对提出的脉动风总响应组合公式进行了简化分析,得到了相应的实用组合公式,据此可以实现大跨屋盖结构考虑耦合效应的风致背景响应和共振响应实用高效组合。最后,通过国家体育场屋盖主结构风致背景响应和共振响应组合计算对所提方法的有效性进行了验证。

煤中水可动性的核磁共振响应及其影响因素

依托韩城地区主要煤层，开展了饱和水煤岩在两种不同离心速率下离心1．5h后的核磁共振实验。同时，结合称重测煤芯饱和度的方法，分析了不同离心速率下煤岩内部可动流体和束缚流体的消长关系。实验表明，离心速率增大，煤岩核磁整体信号衰减，横向弛豫时间（T2）的几何均值和截止值逐渐下降。与饱和水煤岩相比，2000r／min速率离心后的煤岩咒谱强度下降5．14％～52．39％，几何均值下降24．72％。71．22％；4000r／min速率离心后的煤岩疋谱强度下降49．51％～63．36％，几何均值下降44．69％～81．59％；T2截止值下降44．09％～74．30％。研究发现，离心前后煤岩内部残留水量变化率与疋谱累计强度变化率具有很好的一致性，但与几何均值之间的相关性明显较差。分析认为，离心速率和孔渗特征共同决定煤层水可动性的NMR响应。

悬臂梁智能结构主共振响应的最优化控制

应用最优化控制方法研究悬臂梁主共振响应的减振控制。由主共振振动定常解的稳定条件得到反馈控制增益的参数范围。以主共振有控制振动峰值与无控制振动峰值的比值为减振的衰减率,以该衰减率为目标函数,反馈控制增益参数范围为约束条件,利用最优化方法计算得到衰减率最小的速度反馈控制参数。计算发现速度反馈控制参数数值越大,衰减率越小,控制效果越好。以非线性振动系统的能量函数为目标函数,计算得到能量函数值最小的位移反馈控制参数,实现智能结构体主共振响应的控制器设计。由悬臂梁主共振振动实验实测数据计算出最优化控制参数,设计非线性主共振振动实验控制系统,进行减振控制实验研究。

背景响应、共振响应定义及其相关性分析方法

以模态加速度法为基础，推导了脉动风响应中背景响应和共振响应的严密数学定义；在此基础上，根据随机振动理论，推导了频域内的背景响应、共振响应，以及两者间相关性的分析方法；指出脉动风响应谱包括背景响应谱、共振响应谱和两者间的耦合谱三部分，并给出了背景响应和共振响应的精确组合方法。将该方法用于一单层球面网壳，结果表明：对于该结构，背景响应和共振响应的相关系数在[-0．3，-0．1]之间，若忽略该相关性时，将高估该结构的实际响应，比例在3％～10％范围内。

一种准零刚度被动隔振系统的非线性共振响应分析

分析了一种机构的负刚度特性和它与线性主弹簧并联后而成的隔振系统的准零刚度特性,推导了准零刚度被动隔振系统的主谐波共振、亚谐波共振和超谐波共振的幅频特性表达式.结果表明,机构的负刚度区域随弹簧的初始变形与杆长的比值增大而变宽;隔振系统的准零刚度区域随主弹簧的刚度与机构中的弹簧总刚度的比值以及机构中的弹簧初始变形与杆长的比值增大而变宽;经比较发现,本文推得的被动隔振系统的同一种谐波共振幅频特性与杜芬方程的幅频特性均存在较大偏差.因此,对于这类被动隔振系统的运动微分方程,若以位移激励的幅值与激励频率平方的乘积代替单位质量的激励力幅值按杜芬方程的解来处理谐波共振问题将会带来较大误差.

斜拉桥拉索模态耦合非线性共振响应特性

考虑拉索垂度及几何非线性的影响,导出了斜拉索的面内外耦合非线性振动方程。通过Galerkin方法,将偏微分方程化为常微分方程,用多尺度法对耦合方程求解,得出了面内外一阶模态耦合振动特性。对典型斜拉桥拉索进行了计算,结果表明:拉索可能产生1:1内共振,共振频率区间及振动幅值与索的垂度大小有关;索内阻尼对共振特性也有较大的影响;由于非线性的影响,响应幅值与初始条件有关。

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

为提高传统完全二次项组合法(CQC法)的计算效率,通过对模态频响传递函数和模态力谱的分析,提出了大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法.该方法根据结构的动力特性和风荷载特性,计入了模态频响传递函数和模态力谱实部和虚部对响应方差的贡献;为保证计算精度,考虑了共振响应模态的耦合效应.将该方法应用于某游泳馆屋盖结构共振响应分析,并将其与传统CQC法的计算结果进行比较.算例表明,与传统CQC法相比,该方法误差较小,节点位移共振响应最大误差仅为2.73%,验证了该方法的可行性和有效性.

大跨度屋盖结构考虑模态耦合的抖振共振响应分析方法

提出了可考虑模态耦合效应的共振响应分量近似形式,并基于此得出用于计算风振响应共振分量的修正SRSS法。最后将该方法运用于上海南站工程屋面结构的共振响应分析以检验其正确性及精度。本方法为进一步建立复杂大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法奠定了基础。

汽轮发电机组轴系扭振冲击和共振响应的主动控制

在多级阶梯轴系扭振弹性波解析分析的基础上 ,建立了一般转子轴系扭振主动控制的理论模型 ,提出了一种适合工程应用的转子轴系扭振主动控制方法 ,并以总扭振能最小为控制目标 ,对一台 30 0 MW汽轮发电机组轴系在多种激励下的扭振响应及其主动控制特性进行了计算机模拟 。

大跨屋盖风致背景响应和共振响应的模态耦合

引入模态应变能的概念,定义了背景响应模态耦合系数和共振响应模态耦合系数,依据该系数可以方便地判别背景响应、共振响应不同模态之间耦合效应的强弱,为识别耦合主导模态(强耦合模态)确定了准则。在此基础上,结构总的背景响应、共振响应可以分别采用各自主导模态的简单SRSS组合再叠加强模态耦合项得到。最后,对北京2008奥运网球中心屋盖结构风致动力响应分析,验证了所提出方法的有效性。

简谐荷载下橡胶隔震渡槽-水耦合体共振响应机理分析

采用计算流体力学(CFD)方法分析了在简谐激振作用下橡胶支座隔震渡槽槽-水耦合体的共振响应特性,并通过基于水体小幅晃动假设的槽水动力响应理论解进行了验证。结果表明:橡胶支座能将激振的高频分量隔离掉,使得槽-水耦合体不存在理论解所显示的高频共振问题;在接近水体一阶晃动频率的情况下容易发生共振响应;在以一阶水体自振频率的激振作用下,液面波高、动水压力、倾覆力、倾覆力矩均表现出随时间增长的共振放大现象,并且橡胶支座对耦合体的动力响应周期有一定的延长作用。本文对渡槽隔震设计选择隔震周期时,需要避开水体一阶晃动频率提供了参考依据。

温度变化对端部激励斜拉索共振响应影响

基于增量热场理论,利用Hamilton变分原理,通过引入与张拉力和垂度相关的无量纲参数,建立了考虑温度变化影响下斜拉索非线性动力学模型,并推导其面内/外非线性运动微分方程。考虑斜拉索受端部激励,利用Galerkin法得到离散后的无穷维常微分方程组。面内和面外运动各取前两阶模态,向前和向后扫频,利用龙格-库塔法数值积分求解常微分方程组,得到共振区域的幅频响应曲线。算例分析表明,温度变化和斜拉索固有频率呈反比例关系;温度变化会导致斜拉索共振特性发生定性和定量的改变,如共振区间发生漂移、跳跃点位置发生移动、共振响应幅值发生改变;端部位移激励下,温度变化有可能导致斜拉索更多模态受到激发,从而影响各阶模态的能量以及模态间的能量传递。

高层建筑筒体结构的共振响应

为了计算高层建筑筒体结构的共振响应,将其简化成能同时考虑弯曲、剪切、轴向变形和扭转变形的广义Timoshenko悬臂梁。利用Hamilton原理,导出高层筒体结构在相应于各种变形的地震激励下的位移响应控制微分方程及相应的边界条件后,利用常微分方程求解器进行求解。通过对计算结果的分析,讨论了影响共振响应的因素,并得出了相当合理的结论:即当激励荷载的频率与结构体系的自振频率很接近时,结构的反应会出现非常大的突变。

高速铁路连续梁桥的共振响应与振动控制研究

以液体粘滞阻尼器为振动控制外部装置,主桥采用欧拉伯努利梁,通过中国和谐号动车组CRH380AL、日本新干线Shinkansen700和欧洲高速列车HSLMA8三种不同类型的高速列车对比,模拟分析了高速列车作用下桥梁结构共振响应的影响因素,以及粘滞阻尼器的阻尼系数与安装位置对桥梁结构振动响应的减振效果。研究结果表明,(1)合理有效地布置列车荷载轴距,可使桥梁结构发生基频共振的列车时速在运营时速之外,避免了桥梁结构发生较大振动峰值响应,即桥梁结构的基频共振;(2)随着粘滞阻尼器阻尼系数的增大,桥梁的加速度峰值在列车不同时速下均在减少,对桥梁振动有着不同程度的减振效果;(3)通过合理安置液体粘滞阻尼器,可有效降低高速列车作用下桥梁结构的共振响应;(4)随着粘滞阻尼器与主梁的连接点位置逐渐远离支座,粘滞阻尼器的减振效果逐渐明显;(5)随着粘滞阻尼器与桥台的连接点位置逐渐靠近支座,粘滞阻尼器的减振效果略有提升,但不明显。

背景和共振响应的时域划分及模态耦合简化分析

大跨屋盖结构风振响应具有多模态参振及模态耦合效应显著的特点。结合模态加速法基本思想,基于时程响应划分了大跨屋盖结构风致背景响应和共振响应,并推导了各自的计算公式,其中背景响应能够考虑所有模态及其耦合项的贡献。对于共振响应,引入模态能量的概念,由结构动力特征参数及风荷载参数定义模态耦合系数,据此识别强耦合模态。在此基础上,结构总共振响应可以由各参振模态的SRSS(平方和开平方,Square root of sum of squares)组合结果叠加强耦合模态的贡献得到,从而避免复杂的CQC(完全二次型,Complete quadratic combination)组合计算,实现有效考虑模态耦合效应的目的。最后,通过国家体育场屋盖主结构风致背景响应和共振响应计算对所提方法的有效性进行了验证。