原子钟时域频率稳定度分析中等效自由度的计算与分析

该文基于标准化自协方差函数的组合算法计算了阿仑方差、哈达玛方差的重叠和非重叠形式以及改进阿仑方差、时间方差的等效自由度,并用经验公式计算了总方法估计的等效自由度,在此基础上对各种方差估计不同噪声情况下的等效自由度进行了比较分析,得出如下结论,总方法估计的等效自由度大于相应非总方法估计的等效自由度,重叠和非重叠阿仑方差估计的等效自由度大于相应哈达玛方差估计的等效自由度;对非重叠估计而言,噪声的频率越低,其等效自由度越大;而相应的重叠估计和总方法估计与之相反,噪声的频率越高,其等效自由度越大,这也说明重叠估计和相应的总方法估计对高频噪声等效自由度的提高优于低频噪声.

爆炸冲击荷载作用下SRC柱等效单自由度模型

爆炸冲击荷载作用下结构构件的反应分析方法常用的是等效单自由度模型,在现有的有关资料中,等效单自由度模型主要用于钢筋混凝土构件和钢构件。等效单自由度模型的关键是确定等效弹性位移、破坏位移和屈服强度。以通用有限元分析软件LS-DYNA为基础,研究了钢骨混凝土(SRC)柱在爆炸冲击荷载作用下的反应特征,确定出了等效单自由度模型的等效弹性位移和破坏位移;以常规SRC柱设计理论为基础,提出了等效单自由度模型的等效屈服强度计算公式。最后用所建立的等效单自由度模型和LS-DYNA软件分别对8根SRC柱共48种爆炸冲击荷载工况进行对比分析,验证了所提出的等效单自由度模型。

人体站姿竖向振动等效单自由度模型参数研究

人体单自由度简化模型应用广泛,但其参数取值尚未有统一标准。在前人研究的基础上提出等效模型参数的思路,并进行了相关动力学理论推导和物理意义分析。为得到模型参数,采用两种不同原理的单自由度振动台对人与结构耦合自由振动进行了测试和数据分析。实验数据拟合结果表明,该模型具有较好的精度和应用价值,所得结果在一定范围内与相关参考文献的分析结果表现出良好的一致性。结论是当人体与不同参数的结构耦合振动时,由于主振型的变化将表现出不同的单自由度等效自振频率和阻尼比,另外局部肢体姿态对等效参数的取值也有一定影响。

基于等效单自由度体系的结构地震输入能量的研究

通过对多自由度体系结构在地震作用下的能量分析,考虑地震动因素和结构自身特性,提出一种框架结构地震总输入能量的简化求解方法。实例计算结果表明:基于等效单自由度体系来估计多自由度体系的地震总输入能,是一种计算简便且较为准确的方法。

基于等效单自由度体系的结构滞回耗能估计

提出了研究单自由度体系和多自由度体系在地震作用下耗能关系的重要意义;建立了结构的等效单自由度体系能量方程,得出与原多自由度体系滞回耗能及变形能关系公式,据此提出了基于等效单自由度体系的多自由度结构体系总滞回耗能估计方法.分别对质量为均匀分布,楼层剪切强度和剪切刚度为均匀及不均匀分布的8幢5层剪切型多自由度体系和其等效单自由度体系输入典型地震动,计算滞回耗能及变形能,并将计算结果进行比较分析.结果表明,通过等效单自由度体系来估计剪切型多自由度体系的滞回耗能,是一种计算简便且较为准确的方法.

化学爆炸等效单自由度结构体系抗力动力系数分析

由化学爆炸荷载特点,选取了线性等效荷载与多项式曲线拟合衰减荷载两种函数类型,从等效单自由度微分方程入手,对比了线性等效荷载的等效作用时长、多项式曲线拟合衰减荷载的作用时长与结构进入塑性响应时间之间大小关系,推导出了弹塑性阶段抗力动力系数表达式。通过算例表明多项式曲线拟合衰减荷载可应用范围大于线性等效荷载,且可反映化学爆炸荷载形状调整参数对动力系数的影响程度,线性等效荷载求解简单应用简便,在延性比较小时其动力系数稍偏大对设计有利,在延性比较大且结构刚度较大时动力系数偏小且低于比例可达19%,对设计不利。

单层索网等效非线性单自由度体系的地震反应研究

点式玻璃幕墙单层索网主要承受平面外荷载,而其平面外刚度依托于索预应力及其平面外变形的几何刚度,具有强几何非线性。针对其质量刚度均匀分布特性,为考虑几何非线性对其地震反应的影响,提出单层索网等效非线性单自由度体系(SDOF)的数学模型,指出可通过研究SDOF地震反应来研究平面单层索网的地震反应特性;建立单层索网的简化单质点体系的物理模型,研究影响其地震反应的关键因素,即刚度、几何非线性特性和动力特性;研究几何非线性单质点体系的地震反应特性,分析研究表明:具有三次刚度的几何非线性单自由度体系,在一定地震作用和阻尼下的反应谱可由线性周期和非线性因子双参数控制,为单层索网幕墙的抗震设计提供基础性理论参考。

多—单自由度体系等效转换的若干问题的探讨

提出等效单自由度体系的概念,阐述了等效的前提条件,叙述了两大不同的等效模式,着重分析了不同侧移模式和水平荷载分布模式对等效体系建立的影响,指出等效参数求解中存在的问题,最后对框架结构的等效转换简化计算提出建议,并对适用的计算方法作出探讨。

梁式桥抗震分析中等效单自由度模型的适用范围

将单柱式桥墩等效为单自由度体系进行计算,是抗震分析中常用的简化分析方法。研究了该简化分析方法在桥墩弹性、塑性响应两阶段的适用范围。首先,推导了基本振型质量参与系数的简化计算公式,以桥墩基本振型质量参与系数为等效程度评价指标,评价桥墩质量分布、墩高对等效程度的影响。其次,在桥墩响应的塑性阶段,验证了振型质量参与系数作为评价指标,在不同塑性程度下的适用性。研究结果可为选择恰当的单柱式桥墩抗震分析方法提供参考。

基于等效单自由度模型的高桩码头地震位移需求分析

在基于位移的高桩码头抗震设计方法中,准确合理地确定码头地震位移需求是关键。在位移需求分析方法中,非线性时程分析方法可以很好地考虑地震动的不确定性,但由于复杂的桩-土相互作用,使得直接对码头结构进行时程分析的计算量较大。为简便确定码头地震位移需求,提出了一种可用于码头非线性时程分析的等效单自由度模型。该模型可以很好地模拟码头的承载力和刚度退化以及土体耗能,并可通过对码头结构进行往复加载分析来确定模型的恢复力特性。为验证所提出的等效单自由度模型的合理性和准确性,以两个高桩码头为例,选取60条地震波,分别对码头及其等效单自由度模型进行非线性时程分析,结果表明二者的最大位移相关性很好,位移比的均值接近于1,且变异性很小。

考虑往复退化的倒塌分析等效单自由度模型

在强震作用下,建筑结构往往会发生倒塌,基于等效单自由度模型近似评估整体结构的倒塌分析方法被广泛应用,但目前用于倒塌分析的等效单自由度模型主要针对结构的单向力与变形关系,不能合理考虑往复荷载下结构的退化特性。本文基于I-K模型的基本理论,建议了可以考虑往复退化特性的倒塌分析等效单自由度模型,并利用已有的I-K模型校准的钢筋混凝土柱试验数据,对校准结果中的延性系数和耗能系数进行回归分析,建立了延性与耗能关系模型,给出了等效单自由度模型中耗能系数的求解方法。最后通过钢筋混凝土框架结构的拟静力倒塌试验,验证了该等效单自由度模型用于倒塌分析的准确性和适用性。

基于动力放大系数与等效单自由度体系的圆中空夹层钢管混凝土抗撞设计方法

中空夹层钢管混凝土(concrete-filled double-skin steel tubular,CFDST)构件作为超高输电塔、海上平台等重要结构的承重构件,其抗撞性能是设计阶段需考虑的关键问题。因此,在前期试验研究的基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了200个圆CFDST柱力学模型,并进行了轴力与撞击耦合作用下的抗撞机理分析,研究了在0~0.7轴压比下不同名义含钢率、空心率、截面直径、材料强度对构件抗撞性能的影响规律;基于动力放大系数和等效单自由度方法提出了构件抗撞承载力计算公式,并预测了撞击作用下构件的跨中动力响应。结果表明:在0~0.7轴压比下,名义含钢率、外径、外钢管强度、撞击速度与撞击质量对构件跨中挠度峰值和撞击力平台值影响显著,空心率与混凝土强度影响较小;提出的简化计算方法能较好地预测圆CFDST构件的抗撞承载力和跨中位移响应。

动态式连接的少自由度混联机构的运动学分析

动态式连接混联机构源于直升机自动倾斜器等效机构,可广泛应用于直升机旋翼系统中球铰轴承疲劳试验机。提出内外环嵌套动态式连接的一种新混联机构,其特点是将直升机自动倾斜器原来的上下混联机构改为内外环嵌套混联机构,内外环之间采用球铰副连接,从而可以使机构体积减小,降低耗能,提高机构高速旋转时的稳定性。依据螺旋理论和等效自由度的方法,计算该混联机构的自由度。应用数值方法针对该机构进行位置正解分析。根据正解分析该机构的工作空间。所得结果可为球铰轴承疲劳试验机的研制提供参考依据。

基于等效单自由度体系的结构塑性耗能估计

针对以某一阶振型为主的多自由度体系,基于等效单自由度体系基本假定和拟力法基本原理,建立了多自由体系和等效单自由度体系塑性耗能的关系公式,并以此提出估算多自由度体系塑性耗能的方法.以一个五层钢框架结构为例,利用MATLAB进行编程,输入4组不同的地震输入,分别获得了该结构与等效单自由度体系的塑性耗能曲线,并进行分析比较.结果表明,提出的基于等效单自由度体系估算结构塑性耗能,是一个概念清晰且计算简便的方法.

钢框架等效单自由度子结构伪动力试验

本文主要介绍在我院力学-结构试验中心首次进行的钢框架子结构伪动力试验。试验中采用等效单自由度方法对试验部分与计算部分界面处整体倾覆弯矩进行了模拟。通过与相应的振动台试验和电算分析进行比较,说明本次伪动力试验是成功的,等效单自由度方法能较准确地模拟子结构伪动力试验的界面整体倾覆弯矩。

引信单双自由度后坐保险机构性能分析

基于加强单双自由度后坐保险机构对比研究的目的,以双自由度后坐保险机构为立足点,求出了等效单自由度后坐保险机构,并就勤务处理的安全性与发射时的可靠性对两机构进行了动态仿真分析。可为单双自由度后坐保险机构设计提供理论借鉴。

钢柱抗爆响应分析单自由度模型适用性评估

为评估单自由度(SDOF)模型在结构抗爆设计中的适用性,分别采用SDOF模型和通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对简支钢柱承受爆炸荷载时的动力响应进行模拟;对比二者计算结果,并以有限元模拟为准,分析SDOF模型的适用范围。研究表明:可按照自由振动阶段SDOF模型位移结果的振幅大小,将其位移响应划分为有限变形阶段、临界阶段、失稳破坏阶段,有限变形阶段SDOF模型与有限元结果基本一致;截面高宽比、翼缘宽厚比对钢柱动力破坏形式有重要影响,高宽比越大、翼缘的宽厚比越小,越容易发生平面外弯扭失稳;在SDOF模型中通过假定塑性铰分布长度计算塑性阶段应变及应变率,采用随时间变化的应变率计算Cowper-Symonds本构关系中的应力放大系数是可行的。

消能摇摆钢框架结构地震反应的计算方法

消能摇摆钢框架结构(SRF)通过摇摆钢桁架抑制各楼层发生不均匀地震变形,通过位于转动底脚的阻尼器消耗地震输入能量,抗震性能良好.推导消能摇摆钢框架结构的弹性计算方法,提出SRF等效单自由度(SDOF)分析模型,基于等效线性化原理给出SRF非线性地震反应的计算方法.采用ATC-63推荐的地震动记录集进行结构弹塑性地震反应分析,得到SRF在3类地震动激励下的延性需求谱.研究表明,由弹性计算方法可以得到SRF在水平作用下的力学反应,等效单自由度分析模型能准确描述整体结构的受力机理和非线性地震反应,依此推导所得的SRF地震反应计算方法可用于预估实际结构的地震反应.相比于普通钢框架结构,SRF屈服后刚度比的取值范围更大,计算所得的延性需求谱与之匹配,可作为设计参考.

网架结构竖向抗震性能评估的等效简化模型

为建立分析效率高、计算精度高的网架结构竖向抗震性能评估方法,采用考虑结构质量分布的模态推覆分析荷载模式,对基于整体刚度参数的等效单自由度体系建立方法进行了改进.分析了网架结构竖向振动受重力作用影响显著、且竖向振动显著不对称的特点.假定网架结构向上振动时的等效荷载-变形关系为完全弹性,建立了简化的模态等效单自由度体系模型.给出了基于简化模型分析网架结构竖向地震反应和评估其竖向抗震性能的基本过程.数值算例表明,所提等效简化模型方法可较为精确地预测网架结构的竖向位移反应(跨中位移误差小于5%)和进入塑性的杆件分布位置,同时,简化方法计算耗时大幅低于非线性时程分析,易被设计工程师掌握使用.

阻尼对空爆荷载等效静载动力系数的影响

为考查阻尼参数对空爆荷载等效静载动力系数的影响,理论推导了空爆荷载下结构等效单自由体系弹塑性位移解及延性比解,设计并计算了阻尼比0.0001~0.1、延性比1~4的20种典型工况的动力系数,并与现行抗爆设计规范动力系数公式结果进行了对比。结果表明:阻尼比小于0.0001时可基本代表无阻尼状态,阻尼比0.01的动力系数比无阻尼的最大降低幅度为2.08%,数值差异很小,因此阻尼比为0.01以内时,可忽略阻尼对动力系数的影响;阻尼比0.05的动力系数比无阻尼的降低幅度约9.92%,数值差异较大,认为阻尼比0.05以上时将具有明显的经济效益;现行设计规范动力系数更适用于柔性结构体系,运用于刚性结构抗爆设计时,计算误差较大,对阻尼比较小的结构设计更不利。