既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。

规则隔震结构等效简化模型的研究

在Kelly等人研究的基础上,以结构周期、总基底剪力和总基底弯矩相等为等效准则,将多自由度结构简化为与之等效的两自由度模型结构。通过对一些规则结构的数值模拟分析,给出了这个模型结构系统参数的简化计算公式。这样对简化后的等效模型结构应用振型分解反应谱法,可求出原结构考虑高阶振型影响的结构最大地震反应。其计算简单、可不依靠计算机进行。而将这种等效方法应用于高层隔震结构,可较准确的对其最大地震反应进行预测。计算实例也证明了,这种等效方法是简便可行的。这为高层隔震结构实用设计方法的研究提供了基础。

高层隔震结构的等效简化模型研究

Kelly和周锡元等曾对规则型隔震结构上部单自由度模型进行过讨论,给出了必要的计算公式。对各种中低层规则型隔震建筑,应用此公式可获得满意的结果。近来隔震技术逐渐被应用到高层建筑中。对于高层隔震体系,上部结构的高阶振型效应不能忽略,此时应用单自由度模型将产生较大误差。为此,本文采用上部结构周期和总基底剪力相等的准则,推导了等效模型的结构参数公式,并通过数值模拟分析给出了等效模型简化确定方法。通过对原结构和等效模型结构的地震反应分析,证明了这种等效方法是简便有效的。

同型多机电力系统间扭振相互作用的等效简化研究

提出了一种用于分析并列运行的同型多机系统次同步谐振(SSR)稳定性的等效简化方法。该方法基于相似矩阵具有相同特征值的原理,通过构造合适的变换矩阵,将同型N机系统的系统矩阵变换为具有N个子块的分块对角阵,其中N-1个子块完全相同,从而使N机系统的SSR问题可以简化为具有两类结构的N台单机系统来研究,并给出了这两类单机系统的建模方法。采用该等效法可以有效地降低系统维数,且保留了全部的系统特征值信息。理论推导和算例结果都显示了该等效法的正确性和实用性。

复杂瞬态注入波形的等效简化方法

针对复杂瞬态电磁脉冲差模定向注入试验的技术需求,提出了复杂瞬态注入波形"效应特征参量"的概念,理论分析了各效应特征参量对武器装备干扰和损伤效应的影响,给出了复杂瞬态注入波形等效简化的原则,提出了不带载波和带载波的两类复杂瞬态注入波形的等效简化方法,以某型数据链收发系统为受试对象,开展了电磁脉冲差模定向注入等效替代超宽带电磁脉冲辐射效应试验。研究结果表明:对武器装备的干扰或损伤起决定性作用的波形参量(即效应特征参量)主要包括信号幅度、正负极性、能量(脉宽)、上升时间、载波频率和脉冲重复频率等,其中信号幅度、正负极性、上升时间、载波频率和脉冲重复频率通常决定了受试设备的干扰效应,而信号幅度、正负极性、能量(脉宽)和载波频率通常决定了受试设备的损伤效应;基于加严等效、标准简化和易于工程实现原则,以复杂瞬态注入波形的"效应特征参量"作为等效依据,确定将梯形波或方波脉冲(含带载波)作为等效简化注入波形;在超宽带电磁脉冲辐射和等效方波脉冲注入试验条件下,某型数据链收发系统的干扰恢复时间基本相同,试验结果验证了复杂瞬态注入波形等效简化方法的有效性。该研究结果为武器装备的强电磁脉冲效应研究提供了理论和技术支撑。

圆管渡槽抗震计算流体等效简化模型

提出了一个圆管渡槽内流体晃动分析的等效简化模型。将圆管渡槽内的水体假定为无黏性、无旋、可压缩及小幅晃动的流体,横向晃动的流体可等效为一个固定质量M0与一个质量-弹簧系统(M1,K1),根据等效原则,即实际的流体系统(采用有限元模拟)与等效模型具有相同的一阶自然晃动(振动)频率,以及对槽身具有相同的作用效应。采用最小二乘算法,通过数值拟合可得到等效模型中固定质量M0、弹簧振子(M1,K1)及其位置的近似计算公式。应用流体等效简化模型和有限元模型分别对某一管线桥流体-结构耦合系统的自振频率与地震反应进行了计算分析,数值算例表明两个模型的计算结果非常吻合,验证了流体等效模型的有效性与适用性,为圆管渡槽支撑结构地震反应分析提供一个简化的流体计算模型,可为渡槽抗震研究者与结构工程师提供参考。

板桁组合桥梁车桥动力分析模型的等效简化方法

以上海轨道交通5号线跨越黄浦江的公路、轨道交通两用连续钢桁梁斜拉桥--闵浦二桥为工程背景,基于梁格法理论,建立大跨度板桁组合体系桥梁车辆-桥梁系统耦合振动分析模型的快速合理的等效简化方法,阐述了此类桥梁的动力特性以及各部分构件对桥梁动力特性的贡献。分析结果表明,等效前后的模型在动力特性方面具有良好的一致性,等效后的模型可用于车桥耦合振动分析。该等效简化方法为建立大跨度板桁组合体系桥梁车桥耦合振动分析的简化模型提供了一种简捷的方法。

巨型钢管混凝土框架结构柱模型等效简化理论分析

为了克服目前巨型框架结构分析过程中,节点和单元数过于庞大、构造复杂、耗时较长等不利因素,通过将巨型框架结构体系中应用较多的钢管混凝土柱、支撑简化为具有等效轴向刚度EA、等效弯曲刚度EI及等效剪切刚度GS的等效实腹柱和支撑的方法,简化建模难度,节约机时,实现变参数分析的目的。推导了等效简化的过程和方法,并就某一巨型钢管混凝土框架结构体系柱进行了验算,结果表明,等效简化效果明显。

并联引水发电系统等效简化水击计算

为加快电站输水系统初期设计阶段"一洞多机"的并联引水发电系统同时甩负荷工况的数值建模和水击计算进度,从管道水击方程和水轮机组边界条件入手,推导了并联支管和并联水轮机组水击计算的等效简化关系,从而实现将"一洞多机"的并联引水发电系统等效简化为"单管单机"的简单系统。通过算例和工程实例对比分析了等效简化前后的水击计算结果,检验了简化模型的可靠性和精度。结果表明:等效简化后尾水管进口最小压力水头的最大相对误差小于5%,蜗壳最大压力水头和机组最大转速上升率等调保参数最大相对误差均小于2%,能够满足初期设计阶段水击计算的精度要求。

玻纤增强柔性管等效简化模型研究

玻纤增强柔性管作为一种新型海底油气输送管道,具有比强度高、柔度大和抗腐蚀性强等特点,因此在深海油气开发中具有非常广阔的应用前景。玻纤增强柔性管主要由内衬层、增强层和外保护层组成,其中增强层的等效模拟是玻纤增强柔性管设计成功与否的关键。根据玻纤增强柔性管的结构特征和材料特性,选取了四种不同的等效简化模型,对比研究了玻纤增强柔性管在轴向拉压荷载、弯曲荷载以及内压荷载作用下的力学性能。将不同简化模型的计算结果与相应的试验数据进行对比,进行等效模型的优选。研究结果表明,在内压载荷和弯曲载荷作用下,基于Halpin-Tsai模型数值结果与试验结果最为接近。在轴向载荷作用下,采用分离式模型或回形模型计算精度更高,若材料达到屈服状态时,则建议采用分离式模型进行模拟。

多高层隔震结构等效简化模型动力响应分析

结合现有多高层隔震结构等效模型的研究基础,提出了多高层隔震结构等效模型的动力响应分析方法,使结构响应解析解具备明确的物理与工程意义。针对多层隔震结构等效简化后的两自由度模型,其运动方程的求解若采用实际工程中应用广泛的强振型解耦法将产生较大误差,采用Kelly法解耦求解可使求解结果精度大大提高。针对高层隔震结构等效简化后的三自由度模型,先采用强振型解耦法解耦,分析强振型解耦法求解的误差,对结果进行修正,即采用提升强振型解耦精度的方法求解同样可使求解精度大大提高。同时,用标准2阶振子的位移和速度表示非经典阻尼隔震结构的位移响应,使得现有基于经典结构的抗震设计方法可推广应用于具有非经典阻尼特性的隔震结构。结合两个算例,分别将多层和高层原结构简化为两自由度和三自由度模型,通过对原结构和等效简化模型对比求解验证了等效简化模型的有效性,且所提的针对非经典阻尼隔震结构的近似解耦求解方法是简单有效的,从而使得对于隔震结构的动力响应分析更加完备。

基于等效简化的流体网络灵敏度集成计算方法

为提高复杂流体网络灵敏度分析效率,在流体网络等效简化理论基础上,提出了流体网络灵敏度矩阵模块集成方法,推导出流体网络模块分支灵敏度集成计算公式,实现了流体网络等效简化模块内灵敏度输入集成计算、等效简化模块内灵敏度输出集成计算,以及等效简化模块内各分支灵敏度集成计算。通过算例演示了流体网络灵敏度集成计算过程,分析了灵敏度矩阵集成计算的影响因素及变化规律。灵敏度集成计算方法的提出,实现了复杂流体网络灵敏度矩阵等效简化,可提高复杂流体网络稳定性分析效率。

LLC谐振变换器电流等效简化模型

虽然LLC谐振变换器可以通过软开关方式降低工作损耗,但随着电池储能和电动汽车充电等应用需求的提高,以及碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带器件技术的发展,对LLC谐振变换器的工作效率、功率密度以及参数优化和成本提出了更高的要求。通过LLC谐振变换器工作模式的分析,从对损耗影响的角度,筛选出谐振电流最大的工况。通过对谐振电流波形的详细分析和推导,得到电流的等效简化模型。仿真和实验结果表明,相比传统的基波等效法,等效简化模型的误差更小,与时域仿真法相比,计算过程更加简单。

自升式平台桁架式桩腿的等效简化

以某自升式平台的桁架式桩腿为例,介绍桁架式桩腿在平台稳性分析中的等效简化方法。对算例结果进行分析,发现对于不同风向角得到的等效拖曳力因数不同。采用Moses稳性分析软件对桁架式桩腿进行细致的建模,计算不同风向角下的风载荷,与采用等效桩腿法得到的风荷载进行对比,发现细致建模得到的风荷载结果比采用等效桩腿法得到的结果稍大一些,说明桁架式桩腿的等效简化处理虽然有效,但是存在一定的安全隐患,建议在采用等效简化桩腿时,对等效桩腿的风力系数额外取1.2的安全因数,以保证平台稳性分析的可靠性和安全性。

基于概念设计的车身接头等效简化方法

为了在概念设计阶段构建更为精准有效的车身框架模型,文章提出一种以梁、刚性单元和扭转弹簧组合的车身接头等效简化方法,并提出了一种计算接头刚度的新方法。并验证了该方法的正确性。使用该方法简化的车身接头,车身框架的静态刚度偏差在2%左右。这种车身接头的等效简化方法,具有计算效率高、等效精度高以及操作简单等优点,可以很好地运用到车身前期概念设计工作中。

铝合金型材的等效简化计算

目前,铝合金型材结构被广泛地应用于铝合金车体的轻量化设计中。在车体结构的初始设计阶段,需要对初始设计进行力学性能评估,但如果对车体结构建立详细的三维有限元模型,需要花费很长时间,这会显著增加设计周期。一种可行的方案是将车体结构做适当的等效和简化。据此,介绍了一种等效方法,将铝合金型材结构等效为正交各向异性材料的单层板壳,该方法在保证了计算精度的同时极大地提高了计算效率。

塔架结构等效简化在近海平台整体分析中的应用

基于某些力学原理,本文给出了一套等效简化平台上部塔架设施的新方法,即三维塔架结构用梁单元代替。该方法用于近海平台整体分析,不但节省人力和机时,而且计算精度较高。本文主要介绍这种等效简化法及其工程应用。

塔架结构的等效简化在海洋平台整体分析中的应用

基于某些力学原理,本文给出了一套等效简化平台上部塔架设施的新方法,即三维塔桅结构用梁单元代替。这种方法应用于海洋平台整体分析后,不但节省人力和机时,而且有较好的计算精度。

高层建筑中隔震结构等效简化计算模型的应用

我国国内很多公司都利用先进的程序设计方法来设计隔震结构,设计师设计模型解构隔震原理,以隔震支座的力学性能和结构为基础,对一个六层的钢筋混凝土结构设计防震计算模型,并得出确切的数据,为设计人员提供设计模式。

波纹板结构的等效简化计算

目前,波纹板结构被广泛地应用于地铁不锈钢车体的轻量化设计中。但是,波纹板的几何形状复杂,前期仿真校核计算时网格划分过程费时费力,其仿真计算过程也相应地耗费较多的计算资源。为此,采用一种等效简化计算方法,将复杂的波纹板结构等效为正交各向异性材料的单层板壳。仿真算例表明,等效简化模型在静强度和自由振动工况中得到的有限元计算结果与原始模型中的十分接近。