交通荷载下软土复合地基海底沉管隧道动力响应特性分析

以港珠澳大桥沉管隧道管节为研究对象,利用MIDAS GTS NX软件建立三维动力有限元模型,采用界面单元模拟管节接头,通过施加重载车辆模拟振动荷载,对沉管隧道管节以及高压旋喷桩软土复合地基的动力响应特性进行分析。研究结果表明:车辆振动荷载可诱发海底沉管隧道管节及其复合地基产生明显的环境振动效应。当120级挂车以80 km/h的运行速度通过海底沉管隧道时,在沉管隧道管节接头处产生的最大竖向位移量达3.21 mm,最大加速度峰值达17.77 mm/s^(2);高压旋喷桩复合地基顶面最大位移达1.98 mm,加速度峰值达2.38 mm/s^(2)。沉管隧道管节接头处加速度振动级达81.9 d B,重载车辆运行对软土复合地基海底沉管隧道动力稳定性的影响不可忽视。

公轨合建盾构隧道振动荷载的动力响应特性

为了探究汽车-列车振动荷载对公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体的动力响应特性,采用有限元软件ABAQUS对某公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体进行数值模拟,通过ABAQUS软件的Dload子程序对汽车、列车振动荷载进行耦合,分别将单一振动荷载及汽车-列车振动荷载作用引入公轨合建盾构隧道,分析公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体在不同工况时加速度、位移、应力、应变的变化。结果表明:汽车、列车振动荷载频率不同,共同作用后产生拍频现象,导致相同方向合成荷载的振幅可能小于分荷载的振幅,当频率相同时所合成荷载的振幅最大;管片上方的土体以及非封闭弧形内衬外侧土体发生较大的应变,最大塑性应变发生于拱顶偏右侧,达到7.032×10^(-6);公轨合建盾构隧道内部结构中的预制箱涵牛腿柱、顶板处出现较大拉、压应变,在长期运营期间需要对预制箱涵牛腿柱、顶板位置进行定期检查和必要支护。

RC框架楼房中心立柱爆破失效条件下结构动力响应特性分析

为研究RC框架楼房局部立柱爆破失效后结构的抗连续倒塌性能和动力响应特性,依托一栋8层框架结构楼房爆破拆除工程,通过中心立柱现场爆破试验,对立柱邻近梁柱子结构的变形与应力调整过程进行了实时观测。采用PKPM建立实际工程对应的建筑模型,并基于拆除构件法,应用SAP 2000中非线性动力分析方法计算中心立柱失效下剩余结构的动力响应特性以及抗连续倒塌能力。结果表明:中心立柱爆破失效后,采用应变-弯矩理论公式得出的应变理论值约为260με、动应变现场实测值约为377με、数值模拟值约为238με,三种方法得出的动应变结果较为接近;失效点竖向位移计算值3.2 mm,与现场实测位移2.67 mm接近,其导致的塑性转角计算值为0.051°,与现场实测值0.05°接近;中心立柱爆破失效瞬间,剩余结构经历了明显的动力冲击,其正负向加速度值大致相同,最大加速度达到3.5 m/s^(2);中心立柱失效后,剩余结构产生荷载重分布,原本由中心立柱承担的竖向荷载被周边柱所分担,导致上方梁体出现显著的悬链线效应。本论文的研究成果有助于框架结构楼房在意外爆炸情况下的易损性评估与抗连续倒塌性能分析,同时也可为拆除爆破中的试爆立柱选择提供参考。

损伤材料的动力响应特性

研究了工程材料在动力载荷下损伤演化的计算模型。提出了一般材料在各向异性损伤状态下的两种动力损伤模型。第一种以有效应力的等效值的幂函数为基础 ,第二种以损伤应变能释放率为基础。通过数值分析研究了损伤结构元件的动力响应及损伤材料的动力特性。说明了结构元件中损伤发展的分析方法和它们的有限元程序的执行过程。该研究表明 :损伤结构的频谱下移 ,损伤材料的阻尼比变高 ,响应的振幅明显增加 ,损伤结构可能发生由于损伤发展引起的共振。

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形,对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同,主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明:无论是正弦波输入还是地震波输入试验,当饱和砂土发生液化后,桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小,加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加,对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩,尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况,但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。

平台运动下悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性试验研究

悬垂立管因其经济性被广泛应用在深海油气开发中。悬垂立管在顶端平台运动作用下,会不断产生横流向以及顺流向动力响应,循环累积造成疲劳损伤。为了研究悬垂立管在平台运动作用下的疲劳损伤特性,开展了大尺度悬垂立管模型试验。采用小波分析、模态分析、雨流计数法等方法处理分析试验数据。分析平台运动下无内流作用下大尺度悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性,发现横流向弯曲应变结果较为复杂,局部呈现行波特性,主导频率具有时变性。相比之下,顺流向弯曲应变结果比较有规律性,整体呈现行波特性,主导频率不具有时变性,并始终保持与顶端平台运动频率相同。平台运动引发的悬垂立管涡激振动疲劳损伤和KC数有关。各点面内疲劳损伤值延管长分布趋势和面内应变RMS延管长分布趋势相似。横流向(CF方向)的疲劳损伤的数量级为顺流向(IL方向)的10-2倍左右。

煤巷顶板沉积岩体钻进动力响应特性试验研究

为了探究煤巷顶板锚固孔钻进动力响应指标(钻速和转速)与顶板岩石物理特性(普氏系数)间的关系,采用实验室及数值试验研究方法对煤巷顶板沉积岩体进行模拟钻进。结果表明,锚固孔的钻进动力响应指标整体上均随顶板岩石普氏系数的增加而减小,大致呈负指数关系。实验室试验数据拟合曲线与数值模拟分析所得结果较为相似,但也存在一定的差别。据此可实现对顶板岩层的初步判别,对煤巷顶板锚杆支护参数的优化和冒顶事故的预防有重要的指导意义;为实验室研究岩石的钻进试验提供了一种可行的方法,也为岩石可钻性与顶板岩层探测仪器的深入研究提供了一定的参考价值。

多因素作用下含连拱隧道边坡地震动力响应特性研究

为了研究含连拱隧道边坡地震动力响应特性,设计了一个几何相似比为1∶20的含连拱隧道软弱围岩边坡,并完成了振动台试验。以峰值为0.4g的汶川(WC)波、Kobe波和EL-Centro波(EL波)为激振波,探究了地震波类型和激振方向等多因素作用下含连拱隧道边坡地震动力响应特性。研究表明:(1)随着地震波类型、激振方向、测点位置等因素的变化,边坡加速度放大系数表现出明显的非线性放大趋势。(2)在地震波水平(X)向激振下边坡岩体主要产生水平向的地震响应,在竖直(Z)向激振下边坡岩体主要在竖直向产生地震响应;在双向(XZ)地震波激振下,加速度响应整体上由大到小依次是K-XZ>WC-XZ>EL-XZ。(3)竖直加速度放大系数在岩体分界面处汶川波与Kobe波、EL波产生不同的变化趋势。(4)整体上,地震波双向激振下边坡的动位移响应幅度依次是ELXZ>WC-XZ>K-XZ,单向激振相对于双向激振动位移响应幅度较弱。(5)在地震波双向激振下,边坡岩体分界面处加速度响应较大,岩体容易被破坏,建议在实际工程中提前进行加固处理。

理想状态下弹丸身管耦合系统动力响应特性研究

为了研究弹丸身管耦合系统动力响应特性,采用数值方法对弹丸身管耦合系统进行了计算,得到了弹丸身管耦合系统动力响应的数值解。根据数值计算结果,对弹丸身管耦合系统动力响应特性进行了研究,得到了弹丸膛内运动、身管扭转动力响应和横向动力响应的基本规律,揭示了弹丸身管耦合系统动力响应机理。研究结果表明:身管扭转与弯曲振动相互耦合,以波动形式传播,当弹丸运动到渐速膛线与等齐膛线交点时,身管产生显著的扭转变形;身管横向动力响应特征为波动响应;当弹丸出炮口时,最大波动幅值位于炮口处;半约束期内,身管炮口横向动力响应产生显著变化,主要表现为加速度波动频率和幅值增加。

巷道顶板锚固孔钻进动力响应特性模型试验

采用实验室相似模拟实验方法对巷道顶板锚固孔进行仿真钻进,探究巷道顶板锚固孔钻进动力响应指标(钻速及转速)与岩石物理力学性质(普氏系数)间的关系。得出如下结论:锚固孔的钻进动力响应指标基本上均随顶板岩石普氏系数f的增加而减小,实验数据回归曲线大致呈现负指数关系;据此一定程度上可实现对顶板岩层类型的辨识,进而指导并优化巷道顶板锚杆支护初始设计与预防冒顶事故的发生;动力响应指标与岩石普氏系数f相关性较好,如能通过相关仪器对响应指标进行实时监测,对深入研发顶板岩层结构探测仪器具有重要的参考价值;论文所用方法,为实验室岩石钻进试验的研究提供了一种借鉴。

抛秧机导苗管瞬态动力响应特性的有限元分析

导苗管是水稻抛秧机实现有序抛栽的一个关键部件。为此利用ANSYS有限元分析软件,对-1型水稻气力有序抛秧机田间工作时突然的变速工况进行了分析,得到了导苗管在变速工况下的瞬态动力响应特性,为导苗管的设计及分析其导苗效果提供了理论依据;根据瞬态动力响应特性的有限元分析结果,对导苗管的结构设计提出了改进意见。

基于全耦合模型的海上吊装作业动力响应特征研究

针对现有海上吊装模拟方法不能有效考虑浮吊船舶—系泊系统—吊物系统之间的动态耦合,难以实现基座回转、吊臂变幅连续模拟问题,基于Matlab/Simulink、ADAMS联合仿真平台建立了海上吊装作业全耦合动力分析模型,探究了中长周期波作用下波浪周期、吊缆收放、基座回转、吊臂变幅等参数变化对吊装作业系统动力响应的影响规律。结果表明,波浪周期接近吊物系统固有周期时会引发共振,导致吊物摇摆幅值显著增加。基座回转、吊臂变幅等因改变了吊物的空间位置从而引发了浮吊船舶倾覆力矩的变化,进而对浮吊船舶运动响应产生显著影响。当基座回转90°后,浮吊船舶的横倾角增加约2.74°。

发电机短路工况下风电机组传动链动力响应特性研究

为了确保风力发电机组设计的安全性,针对某兆瓦级双馈风电机组,对发电机短路工况下风电机组传动链的动力响应特性进行了研究。首先,基于Simpack/ANSYS建立了传动链多体动力学分析模型;然后,以发电机短路工况下的电磁转矩为激励载荷,定量分析了传动链上各级转轴扭矩传递规律,进一步研究了刹车盘转动惯量、联轴器阻尼比等因素对传动链动力响应特性的影响;最后,为了验证上述计算结果的可靠性,采用GH bladed对相同机组模型、相同工况进行仿真,开展了仿真一致性验证。研究结果表明:发电机短路工况下,齿轮箱高速级输出轴、输入轴处的瞬时扭矩峰值衰减最为显著,两相短路工况下分别比上一级衰减74.7%、47.6%,三相短路工况下分别比上一级衰减70.7%、46.4%;传动链扭矩峰值相比电磁转矩有迟滞性;刹车盘转动惯量和联轴器阻尼比对高速级瞬时扭矩有显著影响,联轴器转动惯量偏大、联轴器阻尼比偏小会导致高速轴瞬时扭矩峰值过大。该研究结果作为发电机短路故障分析、传动链各级零部件安全性评估与设计时的参考。

高性能钢-混组合板激励响应动力特性试验

基于楼板振动性能研究现状,通过研发的空气调频激励装置及其测试方法,以压力传感检测系统为核心控制参数,提出装配式高性能钢-混组合板模型,进行激励响应动力特性试验。结果表明,该种动力特性时程分布特征由瞬态阶段、稳态阶段和衰减阶段三种状态组成,不同位置处激励响应传播特性一致,加速度、位移、应变等动力响应幅值均不同。该方法可应用于大型水工建筑物板结构及组合楼板结构基频测试与识别等实际工程中。

轴承摩擦磨损对柔性支承转子动力响应特性的影响

柔性支承转子中唯一的动静接触组件为轴承,由轴和窝组成。轴和窝之间的摩擦对转子的动力响应特性有直接影响,研究其影响机理是轴承设计和优化的重要前提。本文建立了轴承的非刚性连接模型,并将其引入柔性支承转子模型中;从理论上研究不同轴承摩擦磨损程度对转子动力响应的影响;计算并分析了轴承摩擦磨损状态下转子的动力响应特性;分析了轴承磨损导致转子进动失效时转子释放的最大能量。研究结果表明,随着轴承摩擦磨损程度的加深,转子的振幅增大,转子出现二阶进动现象,磨损严重时伴随出现拟周期运动。轴承摩擦磨损可能导致转子出现不同的失效模式,转子做二阶进动和拟周期运动时会使失效转子释放的最大能量大幅增加。研究结果可为柔性支承转子的轴承优化设计提供理论依据。

单柱式浮式风力机动力响应特性研究

相对于传统能源来说,风能有着清洁和可再生的特点,因此具有巨大的发展潜力.目前大多数研究者对于浮式风机的研究还主要依赖于数值仿真程序,但计算的准确性还有待验证.水池模型试验是研究浮式风机动力特性和验证仿真程序行之有效的方法.论文通过模型试验,对单柱式浮式风机的动力学特性进行了研究.描述了在上海交通大学深水试验室进行的1：50缩尺比的浮式风机水池模型试验,详细介绍了风力机和浮体的缩尺模型、试验安装方法、锚链系统、造风整流系统和各种传感器.还深入研究了风浪载荷对浮式系统的影响.

风电机组传动链动力响应特性与支撑系统影响

针对风力发电机组传动链动力学响应问题,以某兆瓦级风电机组为研究对象,建立传动链刚柔耦合的多体动力学仿真模型.分别分析机架柔性、齿轮箱弹性支撑刚度、发电机弹性支撑刚度对传动链动力响应特性(包括传动链模态、谐振与不同风况条件下的振动响应)的影响规律;通过实验室内振动测试,分别从时域和频域上验证模型的有效性.结果表明:支撑系统对振动能量主要分布在发电机壳体、齿轮箱箱体的模态影响最大,合理进行支撑系统刚度设计能够有效降低传动链共振风险.时域分析结果表明,谐振引起的零部件振动速度偏差最大达到120%;增大齿轮箱弹性支撑刚度并降低发电机弹性支撑刚度,有助于降低传动链振动水平.

侧向冲击下H型钢柱动力响应特性研究

综合考虑节点效应、梁端约束效应,采用大型有限元软件ABAQUS研究了冲击作用下H型钢柱动力响应,分析了冲击速度、冲击位置及轴压比对钢柱冲击力、持续时间、残余挠度等影响,研究发现,冲击速度对挠度、持续时间的影响呈现线性关系,冲击位置对动力响应的影响主要是因为不同位置刚度不同。同时分析了各个参数对挠度敏感性,速度对挠度最为敏感,轴压在一定范围内有利于钢柱抗冲击,但超过这一范围,抗冲击性能下降,但下降幅度不大。

东江特大桥动力响应特性测试与分析

通过无障碍行车(跑车)试验和有障碍(跳车)试验,评价东江大桥的动力响应特性。实验结果表明,结构各部位反应平稳,无任何异常现象发生,实桥结构的动力性能良好。对比分析了不同试验工况的冲击系数和应变增大系数。结果表明,车辆对大桥的冲击系数因位置和速度而异;应变增大系数则与车速成反比。

砂土地层地铁地下结构的动力响应特性分析

为研究砂土地层在动荷载作用下的液化现象及地铁地下结构对动力的响应特性,以西安地铁1号线某区段为例,建立了砂土地层地铁地下结构模型并进行振动台试验。研究发现:在动力荷载下,砂层具有加速度放大效应,且峰值加速度随土层埋深的增大而减小,傅里叶主频级数均出现在1~2 Hz处;动荷载下砂土液化,砂土振动最大加速度随埋深不断衰减,孔隙水压力随时间推移先上升后趋于平稳;砂土地层中地铁地下结构在动荷载作用下出现上浮现象,孔隙水在中心处聚集并突涌,具有较大的工程危害。