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。

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。

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。

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。

FRC框架结构基于等效单自由度模型的抗地震倒塌能力评估

为了快速评估建筑结构的抗地震倒塌能力,该文基于Adam等提出的等效单自由度模型,首先用Pushover分析方法对纤维增强混凝土(FRC)结构进行静力弹塑性分析,获得其基底剪力-顶点位移曲线,据此确定其力-变形关系;然后根据力-变形关系以及侧向位移形状函数,确定相应的等效单自由度模型的相关参数;按等效单自由度模型计算结构的抗地震倒塌能力。分别对某8层钢筋混凝土框架结构和FRC框架结构进行分析。结果表明:用与多自由度结构相应的等效单自由度模型评估FRC框架结构的整体抗地震倒塌能力是可行和偏于保守的;采用抛物线加载模式比倒三角加载模式得到更接近由IDA分析所得的结构抗地震倒塌能力中位值;在其他条件相同时,FRC框架结构比普通混凝土框架结构具有更高的抗地震倒塌能力。

单钢板混凝土组合板冲击响应的数值模拟及计算方法

采用LS-DYNA软件建立了冲击作用下单钢板混凝土组合板(Half-SC板)的有限元模型,根据现有试验结果验证了模型的准确性,并进一步分析了冲击物质量、冲击速度和钢板厚度对Half-SC板位移响应的影响规律。在此基础上,推导了Half-SC板的抗力和刚度计算式,提出了Half-SC板的抗力函数,并建立了计算Half-SC板位移响应的等效单自由度模型。研究结果表明:Half-SC板在冲击作用下的破坏过程可分为弹性受力阶段,混凝土冲切开裂阶段,水平钢筋断裂阶段;冲击速度对Half-SC板位移响应的影响最大,冲击物质量次之,钢板厚度的影响最小;所提出的等效单自由度模型能够很好地预测Half-SC板的位移时程。

汽车配气机构的动力学模型的分析

配气机构是内燃机中重要的辅助控制机构,要求准确地控制气缸中进、排气门的启闭,随着内燃机朝着高速、精密化方向发展,研究其动力学性能非常必要.在分析汽车内燃机的配气机构的工作原理的基础上,利用动力学原理和集中参数法进行多元素系统的动力学分析,建立了构件的6自由度模型,并采用等效作用原理建立了简化的机构单自由度动力学模型,为进行机构的进一步研究奠定了基础.

汽车配气机构的动力学模型的建立

分析了汽车内燃机的配气机构的工作原理,利用动力学原理,对机构中各构件建立了二阶动力学模型,并用集中参数法进行多元素系统的动力学分析,建立了配气机构的单自由度等效的动力学模型。

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.

爆炸荷载作用下钢管混凝土柱非线性分析

基于统一强度理论,推导了钢管混凝土柱的塑性极限弯矩和均布荷载作用下简支梁的极限位移。考虑爆炸反应过程中钢管混凝土柱质量和刚度改变产生的非线性影响,采用等效单自由度模型和逐步积分法,分析了爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的动态响应。将理论计算结果与相关文献计算结果进行对比,验证了理论计算方法的正确性。研究结果表明：随着套箍系数的增大,塑性极限弯矩及极限位移增大;随着侧压系数的增大,塑性极限弯矩增大;考虑钢管对受压区混凝土抗压强度的提高比不考虑时塑性极限弯矩提高了12%-19%;提出的计算方法满足钢管混凝土柱抗爆分析的精度要求,可为钢管混凝土柱的抗爆设计和防护提供参考。