基于时程分析法的中美隔震设计对比研究

介绍了中国《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)(以下简称《隔标》)和美国Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures(ASCE 7-16)隔震设计的相关要求,并针对基于《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)(以下简称《抗规》)设计的某9度区近场隔震结构,进行了两国规范的设计对比。按《抗规》设计的隔震结构,仍然能满足《隔标》的设计要求。ASCE 7-16对于隔震支座考虑了老化和环境、测试、制造等因素引起的性能参数变化,并按隔震支座的上限及下限属性进行了结构设计。基于相同地震概率水准(50年超越概率2%)的设计对比研究表明,ASCE 7-16的等效侧力法计算值高于《隔标》,按ASCE 7-16要求选择的地震波反应谱明显高于《隔标》,其时程分析结果也大于中国规范,对隔震支座的性能要求更高。

发动机燃油泵附件的管路动力学等效设计及实现

燃油泵附件的管路空间构型复杂,在振动环境试验中直接模拟难以实现。为满足试验要求,采用系统等效缩减/扩展过程(SEREP)方法对管路进行动力学等效设计,选取管路上特定结点为主自由度,并将原管路模型缩减至主自由度模型上,得到缩减质量和刚度矩阵;对子振型矩阵采用SVD分解,使得缩减质量和刚度矩阵进一步简化,得到低阶管路模型的新缩减质量和刚度矩阵参数;提出“质量球—梁弹簧”结构模型,分别用“质量球”和“梁弹簧”来映射缩减的质量和刚度矩阵,进而确定等效设计加工参数;通过实例验证等效设计方法的可行性。结果表明:等效管路与原管路的第一阶频率误差大多在10%以内,满足工程应用要求。

超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案设计研究

为对超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案进行合理设计,以计算跨径600 m的劲性骨架拱桥——天峨龙滩特大桥为背景,围绕模型缩尺比、结构设计、材料及加载系统等关键环节,开展主拱圈缩尺模型试验方案设计研究。最终确定模型拱缩尺比为1∶10,劲性钢骨架采用单肋形式,采用与实桥主拱圈性能相近、便于施工的材料,采用阵列式滑轮组加载系统实现模型拱和实桥主拱圈的应力等效,还原外包混凝土分环分段浇筑施工,并简化劲性钢骨架与管内混凝土施工。将模型拱外包混凝土应力实测值、ANSYS建模计算得到的模型拱理论值及实桥主拱圈理论值进行对比,结果表明:模型拱和实桥主拱圈外包混凝土在施工阶段的应力变化趋势基本相同,最大绝对误差在2 MPa以内,模型拱应力实测值和理论值也吻合较好,缩尺模型试验方案设计合理。

电动挖掘机落物保护装置拓扑优化设计

针对某型电动挖掘机的乘员防护,提出使用基于等效静态载荷法的拓扑优化方法设计落物保护装置(Falling Object Protective Structures,FOPS)。首先,使用基于位移等效原则的等效静态载荷法,将动态非线性碰撞过程简化为多工况条件下的静态非线性变形过程。随后,提出使用加权系数法,将动态非线性拓扑优化简化为多工况条件下的静态非线性拓扑优化,可显著提高拓扑优化的计算速率和收敛性。最后,基于拓扑优化结果设计FOPS,并按照GB/T 17771—2010进行仿真试验分析。结果表明,新设计的FOPS无须额外加强即可满足乘员落物保护要求,且FOPS的总质量减轻了49.8 kg,这对降低工程机械的采购和使用成本,以及满足节能减排具有积极意义。

含金属内衬复合材料抗爆容器的初始设计方法

针对目前复合材料抗爆容器工程设计方法合理性欠缺现状,基于轻量化思路,结合动力系数法及网格理论提出了可用于含金属内衬复合材料抗爆容器设计的“等代设计法”。采用该方法完成了内径0.5 m、抗爆当量1 kg TNT的复合材料圆筒初始设计,复合材料圆筒的面密度由等效金属圆筒的19.3 g/cm^(2)降低到3.6 g/cm^(2)。在该圆筒内部开展了炸药加载试验,结果表明圆筒设计合理,该设计方法有效,为抗爆容器的轻量化设计提供了新思路。

并联导弹挂架结构减重优化设计

为实现某新型并联导弹挂架的减重需求,以并联挂架的转接梁为典型对象,利用有限元进行了转接梁的强度分析,确定了最大应力位置和应力分布。通过等效静态载荷法和子模型技术相结合的方式,进行了转接梁子模型的多工况拓扑优化,获取了材料最佳分布。对几何重建模型进行了尺寸优化,在同时考虑质量、变形和应力的基础上,实现了转接梁结构的详细设计。结果表明,优化后的结构在满足强度条件下,重量减少了43.1%,最大应力下降了13.1%,可为同类产品的减重设计提供参考。

既有建筑改造防火性能评价体系和方法研究

当前,我国城市建设模式已从大规模拆旧建新转向存量增效,党的二十大报告中明确提出“实施城市更新行动”。既有建筑改造作为城市更新的重要载体,事关人民群众的幸福感、获得感、安全感。在消防标准规范适用中,如何在兼顾既有建筑改造的经济性的同时又确保建筑消防安全,是亟待解决的关键问题。在总结国内既有建筑改造防火设计经验和研究国外既有建筑改造消防安全评估方法的基础上,以现行规范为基准,按改造后的实际使用功能,将既有建筑防火设计与现行规范不一致的条目(即偏离项)分为4种类型。同时根据偏离项可能导致的火灾风险高低或与规范的偏离程度,提出了豁免法和等效替代法对既有建筑的防火设计进行定性/定量的评估,以达到规范等同的安全标准。提出的既有建筑消防评估体系和方法可破解我国既有建筑改造的消防难题。

非平稳性条件下设计洪水地区组成分析

针对非平稳性条件下不同区域洪水间组合设计值计算难题,采用Copula函数构建了可综合考虑不同区域洪水边缘分布非平稳性和洪水间相依结构非平稳性的变参数Copula模型,分析了不同区域洪水间联合分布规律随时间的演变特征。基于等可靠度法和条件期望组合法,提出了变化环境下设计洪水地区组成分析方法,实现了非平稳性条件下不同区域洪水组合设计值的计算。以寸滩站和宜昌站年最大15 d洪量系列为例,分析了两站洪量及其区间洪量的变化特征。结果表明,寸滩站和宜昌站的洪量系列均具有减少趋势,两站洪量的联合分布随时间变化,指定重现期对应的宜昌站、寸滩站及寸滩—宜昌区间洪水设计值随使用年限的增加而减小。

唐山紫荆学校隔震结构分析与设计

唐山紫荆学校是高烈度设防地区的学校项目,采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构+基础隔震体系。以该项目为例对3种隔震设计方法进行了对比分析研究,梳理了抗规减震系数法、抗规整体设计法、隔标整体设计法的设计流程、计算参数,对比了3种设计方法对基础隔震结构的关键技术指标的影响。隔震层分别落在人防地下室顶、普通地下室顶和基础顶,存在楼、电梯穿隔震层,局部大跨度结构隔震等问题;采用错层隔震法解决了楼、电梯托挂结合穿隔震层的难题。对比分析了柱底铰接模型与带支座整体模型对大跨度结构隔震支墩内力的影响,归纳了大跨度隔震层设计要点。

基于轴压刚度等效的“柱中柱”(CIC)系统等代设计方法研究

为克服传统钢管混凝土柱作为竖向承载构件功能单一的不足,使其兼具结构减振(震)控制的作用,文章基于TMD系统振动控制的概念,对钢管混凝土柱进行改进,提出一种具有“承载-减振(震)”双功能的“柱中柱”系统,以进一步增强结构的抗震性能。文章主要介绍了“柱中柱”系统的组成和控制机理,并基于钢管混凝土统一理论,采用叠加原理推导“柱中柱”系统的截面轴压组合刚度和轴压极限承载力的理论公式,最终建立该系统基于轴压刚度等效的等代设计方法;同时,根据等代设计流程,选取典型的钢管混凝土构件进行算例分析,以检验等代设计方法的准确性。结果表明,采用叠加原理便于建立“柱中柱”系统的截面轴压组合刚度和轴压极限承载力理论公式,提出的等代设计方法具有良好的准确性,可为今后的工程设计与分析提供参考。

隔振系统基于折减矩形脉冲的DDAM时域等效算法

与逐步积分法等时域响应计算方法相比,动态设计分析方法(DDAM)在很多船舶设备的冲击响应计算中有一定局限性。为了将DDAM冲击谱转化为时域冲击输入,对时域算法展开研究,分析DDAM的时域等效条件以及参数的影响,总结计算方法,并通过隔振系统冲击算例验证时域等效DDAM的可行性。研究表明,基于折减矩形波脉冲的时域算法能够等效替代DDAM,并克服了DDAM无法解决隔振器限位等非线性冲击计算问题。

浅水大功率浮式风力机系泊系统布置技术及刚度特性研究

文中研究浅水10 MW浮式风力机的系泊布置技术及静态刚度特性,提出了一种基于刚度等效准则设计浅水浮式风力机系泊系统的方法.分别选取不同的锚链长度及配重布置方案,通过静力计算分析锚链的构型和刚度特性,分析不同配重重量和数量对于系泊线静态刚度、构型等综合回复能力的影响,并与深水母型系泊系统相关刚度参数进行比较,从而确定风力机系泊系统设计参数.结果表明:采用母型风力机系泊刚度等效的设计方法可以提高浅水系泊系统设计效率.浅水浮式风力机系泊线设计的难点在于限位能力小和张力易突变,文中提出的锚链加多个配重块的系泊线设计理念及分析方法,较好解决了浅水大功率浮式风力机系泊系统的关键问题.

基于响应面法的全焊接球阀密封结构参数多目标优化

针对全焊接球阀密封性欠佳的问题,以NPS16 Class600型球阀为例,对其密封结构的密封性能进行了理论推导、仿真分析和试验验证,并基于响应面法对密封结构参数进行了多目标优化设计。首先,利用试验设计法(DOE)及响应面法(RSM)建立了密封结构的优化模型,对密封结构进行了静力学分析;然后,搭建了试验平台,进行了密封结构的开口度测试,并根据测试结果对仿真分析结果进行了验证;利用ANSYS软件对浮动球球阀密封结构进行了静力学分析,并研究了球体的直径(d_(1))、阀座的厚度(D_(7))、中径(D_(10))、倒角(D_(A))对其密封性能的影响;最后,根据响应面优化(RSO)模块对密封结构参数进行了多目标优化设计,进一步验证了其优化效果及密封性能。研究结果表明:D_(10)对最小间隙值(C_(min))的影响显著性最高,d_(1)对最大等效应力(S_(1max))的影响显著性最高;在密封结构两参数耦合作用下,DA与D7对最小间隙值(C_(min))的影响显著,D_(A)与d_(1)对最大等效应力(S_(1max))的影响显著;优化设计后的密封结构最大变形量降低了57.2%,密封面的接触平均压力提高了7.8%,实现了对浮动球球阀密封结构进行高精密设计的目的。

复合材料电池箱的轻量化设计研究

为了解决电动汽车的续航和强度刚度问题,以某汽车的电池箱为研究对象,实际测量尺寸并在CATIA中建模后导入ABAQUS建立仿真模型,进行电池箱的2种组合工况下的静强度和约束模态分析。针对电池箱的仿真分析结果,再使用碳纤维复合材料T300/5222进行材料替代,运用等代设计法对T300/5222的厚度进行设计以及铺层角度确定,结果表明,复合材料电池箱的动静态性能提高,电池箱质量降低,轻量化效果显著。

一种双馈风力发电机的电磁设计方法研究

对双馈风力发电机的设计既不同于同步电机,也不同于异步电机的特点,现根据双馈风力发电机的功率转化关系和其等效电路,运用等效磁路法结合以定子电流为基准以功率核算为准则的方法,对一台5.85MW的大型双馈风力发电机进行了电磁设计。并将设计结果和试验测试数据进行了对比分析,说明了该设计方法的正确性,取得了很好的效果。

Taguchi方法在内嵌式正弦波永磁同步电机优化设计中的应用

详细推导了利用等效磁路法确定内嵌式正弦波永磁同步电机设计基本电磁参数;提出Taguchi参数优化设计方法用于永磁同步电机的多目标优化设计,详细分析了Taguchi方法所用的优化参数和取值范围、考虑加工工艺等引起误差的参考参数以及建立实验正交矩阵;利用有限元分析软件求解实验矩阵,分析优化参数改变对电机性能指标影响的变化趋势及比重,得出电机多目标优化设计的选择规律。有限元分析结果验证了该方法的有效性。

隔震结构设计加速度反应谱的取值研究

分别采用中国、日本和美国三国规范中定义的等效线形化法和时程分析方法,基于单质点模型计算了不同周期隔震结构的地震反应。通过加速度反应和位移反应发现中国现行抗震设计规范中设计反应谱的长周期段反应谱偏大。文中根据加速度反应谱的时程分析结果,在现有设计反应谱的基础上提出了新的长周期段反应谱修正公式提案。文末采用新提案的设计反应谱,利用等效线性化法对隔震结构进行了地震反应分析,结果与时程分析法的分析结果一致,研究表明新提案的反应谱取值在进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。

规则型高层隔震结构实用设计方法研究

从用柔度矩阵表示的频率方程出发,根据上部结构周期、总基底剪力、顶点位移相等的等效准则,推导出可用于规则型高层隔震结构的的三自由度等效模型,并且通过数值模拟给出了模型参数的简化计算公式.总结得出了用于高层隔震结构的实用设计方法,通过工程实例说明了设计步骤.设计实例表明,实用设计法可不依赖于计算机,通过振型分解反应谱法的手工计算,即可对原结构进行隔震设计和验算.

高压直流断路器中电磁斥力快速驱动器研究

应用在基于电压源型换流的多端直流输电系统中的高压直流断路器,其关键部件机械式快速隔离开关在断路器开断故障电流时需要在几ms内分闸到位。为此,提出了基于电磁斥力的快速驱动器作为快速隔离开关的操动机构。通过对电磁斥力机构的线圈、金属盘、控制电流和行程特性的基于等效电路法的建模仿真及装置试验,研究了其在几ms内操动行程达25 mm的可行性。结果表明:仿真结果和试验结果具有一致性;电磁斥力快速驱动器的操动行程能在几ms内达到25 mm。在验证了仿真方法正确的基础上,根据仿真结果提出了电磁斥力机构的一般设计原则:线圈的内径和金属盘的内径,线圈的外径和金属盘的外径都应该设计成一样大;金属盘的厚度对于不同的设计对应有最优的参数;线圈和金属盘的初始距离应尽量小。

UR S11A对船体梁波浪载荷长期极值的影响研究

2016年7月1日起生效的新版UR S11A以提升集装箱船结构安全为目标,替代了之前的版本UR S11。论文对UR S11A和UR S11中关于船体梁波浪载荷长期极值的计算公式和技术背景进行了比较。以已经交付运营或正在建造中的14型不同尺度集装船为分析数据库,对这两个规范在确定波浪载荷长期极值中的应用进行对比研究。然后以一型超大型集装船为算例,用基于线性波浪载荷的谱分析法、基于非线性波浪载荷的等效设计波法和非线性等效设计海况法等三种长期极值预报方法,对船舯区域垂向波浪弯矩进行计算,并分析它们与规范值之间的差异。总结UR S11A对船体梁的波浪载荷长期极值的影响,也为集装箱船波浪载荷设计极值的确定提供参考和建议。