考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法研究

随着物理试验技术的快速发展,结构模型试验可较准确获得结构在环境荷载作用下的动力响应,但在土-结相互作用、区域群体结构、大型复杂结构的风洞、拟静力及动力等模型试验问题研究中,简单、实用、准确的结构试验简化模型仍是研究的重点。针对现有模型简化方法中非线性力学参数标定复杂、试验可行性不足等问题,提出了一种考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法,将模拟高层结构的弯、剪恢复力模型分解为线性和非线性行为的组合,其中结构非线性行为采用库仑摩擦模型模拟,因其参数简单,具有一定物理意义,可直接适用于缩尺模型动力试验研究中。基于上述理论方法,将弯剪耦合模型和平扭摩擦装置有效结合,提出了用于缩尺动力试验的物理模型设计方法及等效刚度、屈服后刚度和承载力等参数的计算方法,并建立了对应的“层间双剪切、双弯曲弹簧”力学计算模型,可通过模型试验结果较好地预测原型结构弹性及非线性阶段的动力响应。以某高层结构为例,通过数值模拟和振动台试验验证了该方法的准确性和可行性。

Ⅰ型金属夹芯板试验模型缩比关系影响分析

为探索缩尺比对金属夹芯结构极限承载能力模型试验的影响规律,为典型金属夹芯结构试验模型的设计提供参考。针对Ⅰ型金属夹芯板的单轴压缩问题,通过非线性有限元对不同板厚缩比、不同长度缩比组合下的缩比模型极限承载特性进行对比分析,以获取Ⅰ型金属夹芯板缩比模型承载特性与缩尺比的关系。计算结果表明,板厚缩比与长度缩比相同时,不同缩比模型的极限承载特性成比例吻合;板厚缩比与长度缩比不一致时,板厚的变化将导致模型的失效模式产生偏差,降低缩比模型的计算结果吻合度,缩比模型的极限承载能力与缩尺比呈现非线性。因此,试验模型设计时应充分考虑缩尺比奇异性和承载特性非线性的影响,以提高缩比模型的相似度。

车-轨-桥耦合振动相似试验模型设计与校验

为探究模型试验法在车-轨-桥耦合振动研究中的有效性,基于π定理准则和量纲分析方法,推导车-轨-桥耦合振动原型结构与模型结构之间的相似关系。以10︰1为几何相似比,计算原型与模型结构之间的相似常数,利用有限元方法校验原型与模型结构之间的相似关系。依照弹性力相似律,制作包含车辆-轨道-桥梁结构以及动力加载部分的缩尺模型试验系统,采用试验测试与数值仿真相结合的方法,校验了缩尺轨道箱梁结构的模态振型、模态频率以及模型车移动荷载作用下模型桥的加速度响应在时域与频域范围内的可靠性。研究结果表明:原型结构计算加速度响应值和模型结构计算加速度响应反演值曲线一致,校验了由π定理准则及量纲分析所推导的相似关系的准确性;试验测定轨道-箱梁结构模型振型与数值仿真计算所得振型基本一致,且模态频率误差较小,频率误差最大仅为5.97%。表明基于相似理论设计制作的轨道-箱梁结构缩尺模型能够较好地满足试验要求;试验测试与数值仿真计算的列车移动荷载作用下桥梁加速度响应在时域与频域内结果吻合良好,数值规律基本一致,模型桥动力性能误差在10%以内,表明缩尺模型试验系统能够较为精确地反应时域和频域范围内的车-轨-桥耦合振动特性。本文设计制作的车-轨-桥耦合振动缩尺模型试验系统可靠,可用于复杂工况下的车-轨-桥耦合振动分析。

公路预制拼装桥墩试验模型施工及加载方法研究

为改善公路预制拼装桥墩试件施工中存在的问题,结合公路预制桥墩大比例缩尺试验模型,分析了预制拼装桥墩的特点,探讨了试验中试件施工要点和问题的解决方法,阐述了施工准备、各节段的安装、钢筋布置、预应力筋张拉等过程,给出了试验模型的加载方案,为学者对公路预制拼装桥墩进一步的试验研究提供参考。

车桥耦合模型试验中试验模型特性的确定与实测分析

运用相似原理及量纲分析法推导出公路桥梁车桥耦合振动缩尺模型相似比关系。以3×30m先简支后连续T梁桥、东风EQ3166三轴自卸汽车为原型,计算车辆与桥梁缩尺模型的相似比尺。对按相似比尺制作的试验模型特性进行实测,得出试验模型的轴重、静力挠度、应变、基频等实测值,并与运用虚功原理及Ansys有限元软件分析得出理论值进行对比分析,校验试验模型的设计、制作及安装的有效性。试验测试结果及理论分析表明:试验中模型试验小车及模型桥制作符合试验要求,可以用来研究测试车桥耦合模型试验的振动响应。

主动油气悬架试验模型的研制

文章重点介绍了一个二自由度主动悬架试验模型的研制情况。该模型于1997年10月在清华大学汽车工程系建成。成功地进行了多种主动悬架控制策略的试验研究和验证工作,得到了较好的结果,为后续研究工作的顺利进行提供了良好的试验手段。

基于变态相似理论的供水管网试验模型研究

建立供水管网试验模型的目的是便于研究真实城市供水管网中管流的水力特性和水质情况。根据管流的变态相似理论,推导了供水管网原型和试验模型之间的各种相似关系,分析并确定了承压管网符合欧拉相似定律。依据管网的简化原则,对区域复杂的管网进行简化,得到能够建立试验模型的管网结构,提出了构建供水管网试验模型的具体方法和步骤,确定了试验模型的变态率和具体参数。应用EPANET软件模拟管网运行情况,对比管网试验模型和原型的运行检测数据,证明模型和原型的管道流量、流速指标能够很好地满足相似关系,表明此模拟方法准确可靠。

配重不足时的动力试验模型与原型相似关系问题的探讨

本文分析了动力方程法和参数的量纲分析法的关系。指出采用量纲分析法时正确选择基本参数的重要性。文中用两种方法推导了不同配重条件下,模型与原型的动力相似关系,并且提出了在结构进入弹塑性阶段后,应如何根据得出的相似关系来分析原型的动力性能。为解决振动台试验时配重不足条件下,如何根据试验结果正确地推算原型结构的抗震性能提供了一种可靠的定量方法。文中以两个1/4比例八层砌体结构房屋模型的振动台试验结果和足尺模型的动力分析结果验证了本文给出的动力相似关系的正确性。

磁悬浮式驱动织针的关键技术与试验模型

为解决传统织针机械编织效率过低,能耗较高的问题,基于提花圆机技术,提出新的磁悬浮式驱动织针原理。通过对磁悬浮驱动织针运动轨迹的分析及仿真,得出织针运动的位移、速度以及加速度曲线,并通过对系统建模,得到电磁、永磁织针之间的作用力关系。设计并完善驱动装置,以E24针织提花机为研究对象,验证磁悬浮驱动织针装置的编织效果。实验证明,基于新型磁悬浮方式织针编织,其编织效率比传统方式提高近15%左右,同时编织工艺和轨迹得到优化。

灵宝背靠背直流输电工程中的RTDS试验模型

为评估对灵宝背靠背直流联网工程直流系统控制保护技术的掌握情况并保证工程进度按计划顺利实施,在现场调试前对二次系统设备依设计规范在实验室进行了闭环仿现场运行试验。采用北京网联公司(BDCC)实时数字仿真器(RTDS)建立了仿现场一次试验回路模型,同时根据直流输电基本调节原理建立了使试验模型仿真运行所必须的RTDS软件内部换流器控制模型,以校核模型运行的仿真度。在内部模型的控制下RTDS试验回路模型的结构参数被调整到其所有运行状态变量均与设计值相符合,证明了试验模型仿现场运行的有效性。经过校核的RTDS试验回路已成功地应用于灵宝工程整套二次设备的功能验证。

双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁桥全桥试验模型

为了研究中国首座双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁桥——东江大桥的空间受力行为,并检验施工方案,针对其结构独特、受力复杂、施工难度大的特点,进行了全桥缩尺模型试验。详细介绍了东江大桥模型试验的目的、模型总体构造、截面设计原则、连接构造、施工过程模拟、支座设计以及试验加载等。从模型设计可以看出:该模型制造难度较大;研制的模型能够满足利用试验模拟施工全过程以及对结构局部进行测试的要求。

振动筛试验模型和原型相似试验研究

通过对27 m2大型直线振动筛及缩比为1:10的相似试验模型筛的试验模态分析,得到其幅频特性曲线并提取其中6阶固有频率,测试分析出其模态振型。根据相似理论,通过对原型筛与相似试验模型筛的固有频率对比,得出二者固有频率的相对误差小于8.62%。通过对原型筛及其相似试验模型筛的振型分析对比,发现二者各阶振型基本一致。结果表明,用模态分析法可以直观有效地得到直线振动筛的固有特性参数,为提高直线振动筛的使用寿命和可靠性以及结构优化设计提供了理论依据,证实了利用缩小比例的相似试验模型筛进行试验模态分析的有效性,验证了相似模型与原型的试验数据的一致性和可靠性。从而可知振动筛试验模型可以近似代替原型样机进行试验模态分析,对相似模型试验研究提供了参考。

广州新电视塔细腰段试验模型的稳定承载力研究

在充分分析广州新电视塔细腰段整体模型稳定性试验研究成果的基础上,确定有限元分析的两种边界条件和三种荷载工况,并建立和试验一致的有限元模型。应用有限元方法对细腰段模型进行二阶弹塑性极限承载力分析,考察细腰段在不同边界条件和荷载工况下的失稳机理及稳定极限承载力,全面地评价结构的安全储备;研究水平径向支撑的有效性和外框筒各类构件的屈服以及破坏顺序,检验结构概念设计的合理性;并将试验加载工况下的分析结果与试验研究结果进行对比分析。较为全面的有限元分析结果可作为试验研究成果的扩充,对于校核电视塔细腰段外框筒结构设计提供理论依据。

面向健康诊断的悬索桥试验模型设计与分析

基于数值模拟的桥梁结构的健康诊断与损伤识别研究存在较大的局限性,而在实际的桥梁上进行破坏性试验目前也是不可能的,所以,模型试验方法在桥梁结构的健康诊断研究中尤为重要。参考实际大跨度悬索桥结构,面向健康诊断设计制作了悬索桥试验模型。试验模型满足多重试验目的的要求,所有构件采用钢材独立加工制作,便于构件更换和重复试验。通过特殊设计的主要构件连接方式,可方便地模拟悬索桥结构的各种可能的损伤情况、异常状态等。对模型进行了详细的静动态测试,同时与有限元计算结果进行了对比分析。通过模型修正,试验模型测试结果与有限元计算结果吻合良好。试验模型和数值模型为今后的有关研究奠定了基础。

超空化航行体原理试验模型结构设计

设计并研制了通气超空化航行体水洞试验模型,给出了航行体空化器、航行主体、控制舵的设计原理与方案。利用该模型在西北工业大学水洞实验室实现了航行体超空化状态的形成原理与过程、航行体超空化状态下力的平衡原理、航行控制原理与实现方法等演示验证试验。实验结果表明,该模型设计原理与方案是正确的,模型的研制是成功的。

带齿薄壁短圆筒振动试验模型的相似设计方法

针对带齿薄壁短圆筒振动分析的试验模型简化问题,基于相似理论提出一种动力学相似模型的设计方法。以带3个锥形齿的薄壁短圆筒为典型研究对象,应用Donnell非线性应变-位移理论建立数学模型,得到带锥形齿薄壁短圆筒的频率方程,并使用量纲分析法建立带锥形齿薄壁短圆筒原型与完全几何相似模型的动力学相似关系,在此基础上,重点研究简化为不完全几何相似的相似模型设计方法,并推导了理论计算公式。为简化说明,以将薄壁短圆筒上3个锥形齿简化为T形齿为例,分别给出将其中1个锥形齿简化为T形齿、2个相邻较近的锥形齿简化为1个T形齿和3个锥形齿简化为2个T形齿等三种不同情况的设计方法,并采用有限元法对简化前后的原型和模型的固有特性进行对比,验证了所提出相似设计方法的有效性和正确性。

考虑静强度要求的旋转直板叶片试验模型相似设计方法

针对旋转直板叶片动力学相似试验模型的设计问题,提出一种考虑满足静强度要求的相似模型设计方法。以叶盘和单个直板叶片固联组成的旋转结构为研究对象,应用板壳振动理论建立振动方程,并将旋转直板叶片所受惯性力和气动力等效为作用在旋转叶片上的静态外载荷。在对叶片进行应力分析得到强度设计准则的基础上,采用方程分析法建立动力学相似关系。理论证明了当模型和原型的材料不同时,须采用不完全几何相似的试验模型才能满足强度要求的结论。并通过设计实例,采用数值仿真的方法验证了所提出考虑满足静强度要求的动力学相似模型设计方法的有效性和正确性。该研究结果为旋转直板类构件动力学相似模型的设计进行理论补充。

利用胚胎干细胞试验模型评价矮壮素的发育毒性

目的:利用胚胎干细胞试验模型评价矮壮素的发育毒性。方法:以DMSO为阴性对照,使用不同剂量(7.8125、15.625、31.25、62.5、125、250、500、1 000μg/m L)的矮壮素染毒小鼠胚胎干细胞D3(ES-D3)和3T3成纤维细胞,观察矮壮素对ES-D3细胞向心肌细胞分化的影响,以及对ES-D3和3T3细胞的细胞毒性,在此基础上,根据发育毒性判别公式对矮壮素致畸性进行判定。提取ES-D3分化抑制试验中的拟胚体总RNA,进行real-time PCR,在基因水平检测矮壮素对ES-D3向各胚层分化的影响。结果:1 000μg/m L矮壮素染毒可明显促进体外培养ES-D3、3T3细胞增殖;250μg/m L的矮壮素作用下,观察到具有心肌细胞收缩的拟胚体数仅占接种拟胚体总数的69.4%;1 000μg/m L矮壮素能够影响ES-D3向心肌细胞分化的基因标志物(Nkx2.5,α-MHC)的表达。结论:无法利用判别公式对矮壮素进行发育毒性评价;矮壮素在不引起3T3、ES-D3细胞毒性的水平下,影响ES-D3向心肌细胞的分化,有产生胚胎毒性的可能。

中山一桥试验模型设计及细部构造测试

中山一桥为由中拱、边拱、座拱组成的变异自平衡无推力系杆拱钢桥。介绍了该桥试验模型的设计方法,以及中拱—座拱—座拱横梁和边拱—边拱横梁结点细部构造的试验加载方案,给出这两种加载工况下各测点的应变和变形试验值;建立了空间板壳有限元模型得出各测点的理论值;通过试验数据与理论数据的比较,可以看出二者比较接近,从而从试验和理论两方面证明了该桥细部构造的设计是合理和安全的。

选择试验模型法在澳门固体废弃物管理中的应用

环境物品或环境服务的经济价值评估是环境经济学研究的前沿领域.选择试验模型法是目前国际上用于评估环境物品经济价值的一种新方法.本文以澳门的固体废弃物管理为例,探讨选择试验模型法在澳门进行环境物品经济价值评估实践的可行性.在专家咨询和小组讨论的基础上,确定垃圾分选和回收、垃圾收集频率、减小垃圾收集过程中产生的噪音和垃圾处理费为澳门固体废弃物管理的4个属性.在对澳门6个堂260名居民进行随机抽样调查的基础上,分析了澳门固体废弃物管理不同属性的价值以及固体废弃物管理不同替代方案的相对价值.结果表明,实行垃圾分选和回收利用以及减小垃圾收集过程中产生的噪声是澳门今后固体废弃物管理的合理选择.