基于复刚度传递多圈层平面应变模型的桩动力响应研究

在考虑土体非线性情况下,对桩动力特性进行研究。首先,假设土体为黏弹性体,把土体沿径向分为多个圈层考虑土体的非线性,利用平面应变土体模型,结合边界条件对各圈层土体从外至内通过复刚度传递,求得土体与桩接触面上的复刚度,进而推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩振动方程的频域表达式,随后求解得到桩顶的阻抗函数和频率响应函数;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应;最后,分别对多工况条件下桩顶动力响应进行比较分析,得到由于施工效应影响所导致的桩周土参数变化对桩顶频域和时域响应的影响情况,为采用桩基础的各类工程的抗震设计和桩的完整性检测工作提供新的理论依据。

基于复刚度法的浮筏隔振系统有限元分析

针对船用浮筏隔振系统,采用有限元分析法,建立了两种筏体结构的浮筏隔振系统的有限元分析模型.提出了采用复刚度法模拟隔振器的阻抗,并由试验测得的隔振器阻抗求得了其随频率变化的刚度和结构阻尼系数.在此基础上,采用振级落差方法估算了浮筏隔振系统的隔振效果,并与试验结果进行了对比,理论预测与实测值基本一致.

基于复刚度模型的金属橡胶隔振系统的研究

为了解决由于金属橡胶材料内部的干摩擦而产生的非线性阻尼的描述问题,采用复刚度模型,根据能量等效原则,求解了干摩擦阻尼系统的当量粘性阻尼系数,并从应用的角度,分析了干摩擦阻尼系统的动态力学性能,建立了基于复刚度模型的金属橡胶干摩擦阻尼隔振系统的运动微分方程,并对方程的求解方法进行了探讨.结果表明,采用复刚度模型可以更加准确地描述金属橡胶干摩擦阻尼系统的动态特性,求解方法是可行的,可以大大减少实验工作量.

基于复刚度带附加气室空气弹簧振动特性研究

建立了带附加气室空气弹簧系统的动力学方程,经过线性化处理后推导出系统的复刚度模型,依照复刚度模型建立了系统的等效刚度、等效阻尼及固有频率的计算模型。以Firestone 1T15M-2型膜式空气弹簧为实验和计算对象,通过实验对计算模型进行了修正和验证,计算结果与实验结果较一致。计算结果表明,系统刚度随节流孔开度增大而减小,阻尼随节流孔的增大先增大后减小,附加气室容积的增大能使系统刚度减小并使阻尼比增大,激励频率的增大会增大系统刚度并减小系统阻尼比,静载荷的变化对系统振动特性影响不大。

基于桩土相互作用的管桩桩顶扭转复刚度研究

在轴对称的条件下,考虑管桩土相互作用,运用分离变量法求解土层扭转振动,借助土层和管桩桩端边界条件以及三角函数正交性求解管桩扭转振动问题,并通过数值算例讨论相关参数对管桩—土耦合扭转振动的影响.研究表明,管桩—土系统的耦合扭转振动存在共振现象,管桩内外半径比、桩和桩周土模量比对管桩桩顶扭转复刚度影响很大,桩芯土与桩周土模量比和桩芯土与桩周土密度比在低频时对管桩桩顶扭转复刚度几乎无影响,高频时有影响.

风荷载作用下复刚度阻尼TMD减振结构优化设计

利用复刚度阻尼进行减振的优化设计理论亟需发展。建立具有复刚度阻尼特征的调频质量阻尼器(TMD)减振结构的动力学方程,并基于定点理论提出了采用复刚度阻尼的TMD结构最优频率比和最优阻尼比确定方法。对具有复刚度阻尼特征的TMD减振结构在简谐激励和平稳随机激励下的稳态响应进行了分析。以主结构位移振幅最小为优化条件,推导TMD的阻尼和频率最优参数的理论公式。结果表明复刚度阻尼TMD的整体减振效果接近于黏滞阻尼减振结构,在相同质量比和一定频率范围内,复刚度阻尼比黏滞阻尼可能具有更好的减振效果。对Davenport风速谱下复刚度阻尼TMD减振结构的随机响应进行分析,结果表明TMD的减振效果要弱于白噪声作用下的结果,复刚度阻尼TMD减振效果稍逊于黏滞阻尼的情况,但二者结果较接近。在应用TMD减振技术时,采用复刚度阻尼是一种有益的选择方案。

一种用于桩基础动力相互作用分析的桩单元复刚度矩阵

本文采用动力文克尔地基粱模型,在求得有限长桩运动微分方程通解的基础之上,导出了层状土中桩单元复刚度矩阵.提出了计算层状土中单桩动力阻抗的方法.本文方法具有单元划分简单,输入数据少,可以方便地处理不同约束条件和计算桩截面内力等优点.可以用于群桩动力阻抗及桩身内力的计算,也可以进行桩—土—桩运动相互作用分析.

基于多孔介质理论的饱和土中单桩的扭转复刚度研究

研究表明,Biot理论在描述饱和土的力学行为方面存在模型上的缺陷,利用多孔介质理论描述饱和土的力学行为较为合理。在多孔介质理论的基础上借助于Novak平面应变假定求解了饱和土层的扭转振动,得到了饱和土层的环向位移。在此基础上,根据土骨架的应力–位移关系求得了饱和土层的扭转动力阻抗,进而求解了饱和土中单桩的扭转振动问题,并分析了相关参数对单桩扭转复刚度的影响。研究结果表明:桩顶扭转复刚度随频率的变化曲线存在峰值,桩–土系统存在共振现象,桩的长径比和桩土模量比对饱和土中单桩的扭转复刚度有较大的影响,而液固耦合系数的影响较小,但不应被忽略。

基于试验的橡胶悬置复刚度研究

复刚度是衡量汽车悬置性能的重要指标。已有文献往往只考虑橡胶悬置主方向的复刚度,此次试验将对3个方向参数分别进行测试,为后期振动分析提供更全面的科学依据。为了克服单个试件在试验中存在附加弯扭力和试验夹具振动变形的问题,提出了一种并联式复刚度测试方法。同时还运用一种基于功率谱函数的复刚度后处理方法,通过Matlab软件编程获得不同频率下不同幅值的复刚度值,使得试验精度和可行性大大提高。

具有非线性复刚度的复阻尼振动系统的摄动解

本文首次用摄动法获得了具有非线性复刚度的复阻尼振动系统的自由振动和强迫振动的解，并对这类问题作出了较为详尽的讨论，计算结果与试验结果几乎一致。

冲击地压巷道锚杆-围岩系统复刚度特性

为探讨冲击载荷作用下锚固围岩体动力失稳机理与能量耗散机制,基于振动力学理论,建立锚杆-围岩在冲击载荷作用下的三维轴对称力学模型,获得了冲击载荷作用下锚杆-围岩系统复刚度的解析表达.从抵抗变形与能量耗散两个方面,分析了冲击地压发生时锚杆-围岩系统的动力响应特征.结果表明:在相同频率的冲击载荷作用下,随着围岩黏性阻尼、围岩强度以及锚固长的增加,锚杆-围岩系统复刚度越大,抵抗纵向变形能力越强,应力波能量耗散越快,系统吸能特性越好;随着冲击载荷频率的增加,围岩强度与黏性材料阻尼对锚杆-围岩系统复刚度影响更为明显;全长锚固条件下,锚杆-围岩系统抵抗纵向变形能力几乎不受冲击载荷频率控制.采用数值分析验证了理论分析的正确性.建议采用围岩注浆改性与锚杆全长锚固方式,提高冲击载荷作用下锚杆-围岩系统抵抗冲击变形能力与增强系统阻尼耗能性能.

基于积分型分数导数本构方程的黏弹性土层中单桩的竖向复刚度与导纳研究

建立了基于三维积分型本构方程的单桩在黏弹性土体的竖向振动微分方程。利用三维分数导数Kelvin黏弹性本构关系描述土体的应力应变关系,考虑分数导数和卷积的Fourier变换性质,利用势函数和分离变量法在频域内求解了分数导数黏弹性土层的竖向振动,并在此基础上求解了黏弹性土层中单桩的竖直振动。研究了土体本构模型参量对桩顶复刚度和桩顶导纳的影响。研究表明,分数导数的阶数对桩顶复刚度和桩顶导纳有较大的影响,土体黏性系数对桩顶复刚度的实部和桩顶导纳影响较大,而对桩顶复刚度虚部影响相对较小。

过渡约束阻尼结构损耗因子的复刚度法

针对传统3层约束阻尼结构对外界振动能量的损耗受限问题,本文提出一种新型过渡约束阻尼结构;基于复刚度法推绎了该结构的损耗因子表达式,并与文献模型进行了对比验证.以悬臂阻尼梁为例,将该结构与传统3层阻尼结构损耗行为进行对比,分析结果表明,在结构振动时,增设过渡层,可使阻尼层的剪切变形增大,进而提高整个结构的损耗因子;同时探讨了过渡层的厚度、材料及铺设位置对结构损耗因子的影响,为今后优化工作打下了良好的基础.

桩土相互作用时端承桩桩顶扭转复刚度特性研究

假设桩周土层为均质粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,从三维轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下端承桩与土耦合扭转振动时的桩顶响应进行了理论研究.利用Laplace变换,求得桩顶扭转角阻抗函数解析解,进而求得桩顶扭转复刚度的解析表达.基于所得理论解重点探讨了桩的长径比、桩侧土粘性阻尼以及桩侧土模量对桩顶扭转复刚度的特殊影响,得到若干重要结论.

扣件胶垫刚度频变的钢轨垂向自振特征分析

本文以地铁DT VI2型扣件的热塑性聚氨酯弹性体(TPEE)胶垫为例,开展扣件胶垫动参数的频变试验,结合国外相关试验成果,提出反映扣件胶垫刚度频变特征的经验公式。据此计算分析扣件胶垫频变刚度与常量刚度工况下的钢轨垂向自振特征。研究表明:TPEE胶垫的复刚度、损耗因子与储能刚度总体上随激振频率的增加而增大,TPEE胶垫刚度在实际工作中并非常量;如果扣件胶垫刚度具有明显的频变性,只有当外部激振频率fi与该激振频率下扣件胶垫刚度ki的钢轨-扣件系统某阶固有频率相同时,该阶固有频率才是钢轨-扣件系统的敏感共振频率;在前50阶自振中,扣件胶垫刚度频变的钢轨垂向敏感共振频率明显高于扣件胶垫常量刚度工况,随着阶数的增加,两工况中相同阶数下敏感共振频率的差距逐渐缩小;在敏感共振频率基本一致的情况下,扣件胶垫刚度频变的钢轨垂向敏感共振波长明显大于扣件胶垫常量刚度工况。因此,不考虑扣件胶垫刚度的频变特征必然会降低钢轨垂向敏感共振频率及其振型的预测精度。

电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析

分析了电磁轴承系统的刚度阻尼特性与系统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。给出了系统控制电流的相位对系统稳定性和刚度阻尼特性的影响。提出了电磁轴承系统的复阻尼概念，以及部分刚度阻尼特性指标的实际意义和计算方法。

轻质复合阻尼覆盖层的参数分析及设计

在水面舰艇上应用轻质复合阻尼覆盖层可以降低阻尼覆盖层重量对舰船载重量的影响。阻尼覆盖层的各层结构参数和材料参数的选用对其减振性能及面密度有十分重要的意义,为了使该轻质复合阻尼覆盖层铺设在水面舰艇上时具有良好的阻尼性能,同时具有较低的面密度,利用复刚度法推导出复合阻尼结构损耗因子的表达式,然后得到阻尼覆盖层各层参数对阻尼复合结构的减振特性影响规律,并计算了几种不同的复合阻尼结构的损耗因子以及面密度。结果表明,在轻质复合阻尼覆盖层的设计过程中,黏弹性层的杨氏模量不宜过小,而垫高层的杨氏模量不宜过大,黏弹性层和垫高层的厚度应该接近。通过合理的参数设计,可设计出面密度较小且阻尼性能良好的复合阻尼覆盖层,可在舰船上大面积铺设。

玻璃/亚麻纤维混杂复合材料的吸湿和动态粘弹性性能研究

建立了玻璃纤维/亚麻纤维混杂复合材料层合板的吸湿模型以及湿动态粘弹性模型。采用一般的质量扩散模型分析混杂复合材料层合板的不同湿扩散特性,采用三元件模型模拟混杂复合材料层合板的湿粘弹性,模型参数通过热机械动力学分析(DMTA)实验测定,引入吸湿增重率-时间等效原理,分析不同吸湿量下混杂复合材料层合板的复刚度,研究发现在吸湿早期阶段,混杂复合材料层合板(GFFG)吸湿过程是非Fick的,混杂复合材料层合板(FGGF)满足Fick湿扩散定律,当M_t为0～0.037时,混杂复合材料层合板([0°F/90°G]_s)的储能抗弯刚度降低梯度比较大,在100 Hz以后,储能抗弯刚度增长放缓。本文所建立的模型能反映出试验观测到的规律。

纤维增强复合材料的热黏弹性能

建立了纤维增强复合材料的热黏弹性力学模型。模型中环氧树脂基体相与温度相关的黏弹性采用三元件模型模拟,模型参数通过热机械动力学分析实验测定,基于黏弹性–弹性对应性原理,采用复刚度法建立了单向和层合复合材料不同温度条件下的储能模量和耗散模量预测模型,并制备了一种玻璃纤维增强复合材料进行了试验验证。研究发现单向复合材料0°方向的耗散模量及90°方向的储能模量在整个实验温度范围内与树脂基体的变化规律是一致的,层合板的耗散抗弯刚度随温度近似呈线性增加,而储能抗弯刚度则呈加速下降趋势。所建立的模型能反映出试验观测到的规律。

大型粘弹性复合结构的模态分析

对大型粘弹性复合结构的复模态问题进行了研究和分析。首先根据粘弹性复合结构任一单元的复弹性模量E*,得到该单元的复弹性常数矩阵 D*进而得到该单元的运动微分方程 ,然后按总体节点编号依次迭加 ,得到粘弹性复合结构的整体运动微分方程 ,最后对此类结构的复模态进行了分析。