基于Bouc-Wen模型的桥墩滞回特性研究

选取工程中常见的桥墩作为研究对象,以OpenSees软件中常用的混凝土本构Concrete01及Concrete02,建立桥墩构件的有限元分析模型,采取低周往复加载方法对桥墩进行加载,得到桥墩的滞回曲线,然后,选用Bouc-Wen本构模型,建立同样的有限元模拟,获得滞回曲线,通过对比分析两者的滞回曲线与骨架曲线,发现Bouc-Wen本构模型能较好地表征混凝土的破坏性能。

一种自复位摇摆墙的改进Bouc-Wen滞回模型

Bouc-Wen模型是一种可表征结构及构件刚度、强度退化等的多功能非线性光滑滞回模型,可广泛应用于各类结构滞回行为的描述。自复位摇摆墙(Self-centering rocking wall, SCRW)结构由于其优越的抗震和自复位性能,滞回曲线呈“旗帜型”。为了更好地表征这种“旗帜型”滞回特性,在Bouc-Wen模型的基础上,建立一种具有较高精度和较好实用性的改进Bouc-Wen滞回模型。改进的Bouc-Wen模型参数是决定结构滞回性能力学特征的关键。由于该模型参数众多且选择范围不明确,为适应该类模型参数高效识别的需求,通过在MATLAB/Simulink环境中搭建程序框图,实现了对该理论模型控制参数的定性及定量分析,并运用遗传算法对10个SCRW试验结果进行参数识别,对识别结果进行统计分析,建立各参数与滞回曲线关键点的关系式,基于统计结果给出了各参数的建议取值范围;最后,通过SCRW拟静力试验对改进的滞回模型和参数取值范围进行了验证。结果表明:这种单自由度改进的Bouc-Wen滞回模型能较好地反映SCRW在往复荷载作用下无残余变形和强度、刚度退化特点的“旗帜型”滞回特性。所提出的参数取值范围显著提升了改进Bouc-Wen模型的识别精度与效率,识别过程对类似模型的参数识别具有参考价值。

磁流变减振器滞回特性的改进Bouc-Wen模型

由于现有的磁流变减振器数学模型不能准确描述其特性,因此对大行程磁流变阻尼器进行了动态特性试验。根据测试结果分析激励位移、激励频率和电流变化时,磁流变减振器的弹性、阻尼、电流饱和等基本特征的动态非线性特性。已有的Bouc-Wen模型在低速下滞回环描述不准确,在高速下缺少滞回特性,并且无法表述单出杆减振器中蓄能器造成阻尼力偏置的现象,因此根据试验结果提出一种改进的Bouc-Wen模型,通过试验数据对改进的Bouc-Wen模型进行参数辨识,并重点分析速度-力特性曲线在低速与高速情况下所形成滞环的斜率及宽度,试验数据验证了改进Bouc-Wen模型的正确性。

拼装式桥墩接头的承载能力与滞回特性的试验研究

通过模型试验研究了拼装式双柱桥墩帽梁一柱的插入式接头及新设计的预应力接头的抗震承载能力、滞回特性。在试验的基础上给出了接头极限承载力的简化计算公式，计算结果与模型试验结果吻合较好。并按现行规范对接头进行了抗震验算。

基于机理的磁流变减震器滞回特性魔术公式模型

为了发展一种新的、简单通用的磁流变减震器模型,以适用于半主动悬架的动力学分析与控制。通过对磁流变减震器进行运动学和流变学分析,将减震器的作用力分为剪切项、黏性项、摩擦项、弹性项和惯性项。对于其中表征磁流变液特性的剪切项,使用魔术公式进行描述,变化魔术公式中的系数可以适应不同使用工况,达到精度和适应性的统一。以魔术公式描述剪切项是该文的特色,因此将所提出的模型称为魔术公式模型。通过参数辨识获得各项参数与施加电流的关系,建立起磁流变减震器滞回特性魔术公式模型。该模型形式简单、参数一致且参数物理意义明确,方便用于半主动悬架系统动力学分析与控制器开发。通过试验数据与仿真结果对比,证明模型有较好的精度和适用性。

考虑几何非线性的Pall型摩擦阻尼器滞回特性分析

从Pall摩擦阻尼器四连杆机构的几何非线性变形特征出发,分析支撑屈曲力、支撑刚度、滑动摩擦力对一种改进的Pall摩擦阻尼器T形芯板摩擦阻尼器的滞回特性以及支撑的受力特点的影响。一方面从分析方法上更严密地论证了T形芯板(或Pall)摩擦阻尼器的滞回特性不受支撑屈曲力影响这一结论。另一方面也揭示出一些新的规律:支撑的拉力在阻尼器起滑后并不保持为一常数,而是呈显著增加趋势;支撑的最大拉力与支撑刚度关系密切,相同摩擦力的条件下,支撑刚度越大,支撑的最大拉力越大。

巨型钢柱空间滞回特性的试验研究

巨型钢柱是巨型钢框架结构的关键受力构件,组成杆件多,构造复杂,建立其空间恢复力模型是进行巨型框架简化弹塑性地震反应分析的必要条件。通过两端简支巨型钢柱在双向水平往复荷载下的伪静力试验,研究了其空间滞回特性和模拟方法,为将巨型钢柱折算为等效单一柱提供了试验依据。

型钢再生混凝土组合柱滞回特性与耗能能力分析

为研究型钢再生混凝土柱在地震作用下的滞回特性与耗能能力,进行了17个型钢再生混凝土柱试件低周反复荷载试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率和剪跨比四个设计参数。观察了试件的破坏形态,分析了不同设计参数对试件滞回特性的影响,在此基础上,利用等效黏滞阻尼系数分析了不同设计参数对柱构件耗能能力的影响。研究结果表明:型钢再生混凝土柱主要破坏形态为剪切斜压破坏、弯剪破坏以及弯曲破坏,型钢再生混凝土柱的滞回曲线基本呈梭形状,较钢筋混凝土柱表现出较好的抗震性能。试件的耗能能力随再生粗骨料取代率的增加而降低,但降低幅度较小。随着轴压比的增大,试件耗能能力降低幅度较大。大剪跨比试件的耗能能力明显好于小剪跨比试件。此外,提高体积配箍率对于增强试件的耗能能力是十分有利的。

宽肢T形柱的滞回特性及耗能分析

基于４根钢筋混凝土宽肢Ｔ形柱的试验数据,分析比较了不同尺寸和轴压比的宽肢Ｔ形柱沿工程轴方向受力时的强度、刚度及延性等抗震性能指标,重点分析了宽肢Ｔ形柱在水平力正反两方向上加载时的不同特性,为宽肢Ｔ形柱的设计提供依据。

自恢复耗能支撑框架结构滞回特性模拟分析

介绍了新型预压弹簧自恢复耗能(PS-SCED)支撑在低周反复荷载作用下的滞回特性,并对采用新型PSSCED支撑与普通支撑的单层单榀框架结构的抗震性能进行了对比分析.结果表明,PS-SCED支撑框架结构在动力荷载作用下可展现出稳定的旗形滞回曲线,具备良好的耗能能力及自恢复性能.与普通支撑框架结构相比,PSSCED支撑框架结构承载能力至少提高44%,,累积滞回耗能能力提高20%,,残余变形角减小64%,,故PS-SCED支撑可有效提高结构的整体抗震性能.

预压型钢混凝土柱滞回特性有限元分析

在型钢混凝土柱基础上提出预压型钢混凝土柱,并对预压型钢混凝土柱研究意义进行了概要分析。采用ANSYS有限元分析软件,通过对9个不同混凝土强度等级、不同型钢预压比、不同轴压比的预压型钢混凝土柱的低周反复荷载试验,得到预压型钢混凝土柱在不同轴压比、型钢预压比下的破坏形态和滞回曲线。研究结果表明:预压型钢混凝土柱有良好的抗震性能,但是其随着轴压比增大和混凝土强度的提高而降低。

交叉钢支撑滞回特性分析

本文以大挠度杆单元的弹性及弹塑性分析为基础,提出了交叉钢支撵滞回特性分析的有限单元法。通过试验分析,对本文的理论进行了验证。

客运专线桥墩-基础滞回特性的模型试验研究

通过桥墩基础与地基模型相互作用的滞回特性试验,获得墩顶力与位移的滞回及骨架曲线.采用静力Pushover法,对模型桥墩进行建模分析.分析中考虑地基土性质的复杂性以及滞回特性分析中要考虑土的加载、卸载以及再加载的本构关系.研究模型桥墩在周期性反复荷载作用下,进入非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理和破坏特征.

轴压比对高强混凝土框架柱滞回特性的研究

主要研究高强混凝土框架长柱在低周反复荷载作用下的滞回特性,分析轴压比对延性的影响.共进行了6根试件的试验,试验结果表明,高强混凝土的延性比普通混凝土的延性低,轴压比是决定高强混凝土试件延性和耗能的主要因素,随着轴压比的增大,试件的延性和耗能降低。

一种描述磁流变弹性体滞回特性的分数阶导数改进Bouc-Wen模型

为了准确表征大范围应变幅值、激励频率和磁场下磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer,MRE)的力学行为,本文引入黏弹性分数阶导数,提出一种描述磁流变弹性体滞回特性的分数阶导数改进Bouc-Wen模型.分析了各向同性与异性MRE的微观形貌特征,对MRE进行了性能试验,研究发现,MRE的储能和损耗模量随着应变幅值(0~100%)增大先不变后减小,随着频率(0~100 Hz)增大而增大,随着磁场(0~545 mT)增大而增大.在此基础上,基于分数阶导数提出改进Bouc-Wen模型,在Simulink软件中建立仿真模型,利用Oustaloup滤波器算法对分数阶导数项近似计算,对比分析验证了改进模型的有效性,各工况下仿真数据和试验数据的吻合度均高于98%.结果表明:改进Bouc-Wen模型能准确地模拟MRE应力应变滞回曲线,拟合精度较Bouc-Wen模型明显提升,改进模型在较宽的应变幅值、频率和磁场范围内是准确有效的,为实现MRE的工程应用打下基础.

超磁致伸缩电—机械转换器设计及其滞回特性分析

本文介绍采用国产超磁致伸缩材料研制结果的电—机械转换器结构、工作原理、设计方法及其输入—输出特性实验结果，着重分析了转换器输入—输出滞回特性的描述方法，给出了仿真结果。

箍筋形式对高强混凝土框架柱滞回特性的研究

主要研究了高强混凝土框架长柱在低周反复荷载作用下的滞回特性,分析了箍筋形式对延性的影响。共进行了6根试件的试验。试验结果表明,高强混凝土的延性比普通混凝土的延性低,3种箍筋形式相比,矩形加圆形复合箍和矩形加菱形复合箍试件的延性和耗能较好,井字形复合箍试件的延性和耗能较差。提高配箍特征值可改善试件的延性,增加试件的耗能能力,延缓试件的破坏。

磷酸铁锂电池滞回特性的修正算法研究

为了更近似地描述磷酸铁锂电池的工作特性,提高电池荷电状态(SOC)精度,基于改进的Thevenin等效电路模型,提出了一种简单、易实现的新型荷电状态算法,修正传统开路电压法估算SOC值的误差.在MATLAB/Simulink平台建立SOC估算模型,实际数据与仿真结果对比表明,改进的Thevenin模型具有较高的精确性,新型的SOC算法对电压滞回特性有很强的修正作用.

板缝内嵌无黏结钢板或钢棒的混凝土剪力墙滞回特性初探

通过对水平往复荷载作用下,水平板缝内嵌入无黏结钢板或钢棒的新型混凝土剪力墙滞回特性的数值模拟分析,考察该种剪力墙的工作性能,以及构造措施对墙板滞回性能的影响。分析表明,钢板或钢棒与下部墙板间的无黏结处理,可避免墙板承受较大的竖向作用力。当上下墙板间发生大的相对水平侧移时,钢板或钢棒对下部墙板孔壁的冲剪导致墙板孔壁周围开裂。当在下部墙板的上边嵌入设有间断竖肋的水平钢板的加强件时,可大幅降低墙板冲剪开裂程度,嵌入上下墙板缝间的钢板或钢棒弯曲屈服后,该种墙板的滞回曲线饱满稳定,而无此加强件的剪力墙孔壁开裂较严重。

考虑物料不对称滞回性质的振动压路机振动轮响应特性分析

针对垂直激振下土壤的恢复力与变形之间的不对称滞回特性,采用多线段不对称滞回模型,建立含该模型的2自由度压实系统动力学模型,通过谐波线性化计算滞回力的等效刚度及等效阻尼。通过数值仿真的方法 ,研究压实进程中激振频率、激振力幅和土壤参数对振动轮动响应的影响特性。仿真结果表明:压实终期采取低振幅高频激振,可避免振动轮产生跳振现象,使压实土壤受到冲击破坏,从而保证压实质量和提高压实效率。