动力学边界模拟中的振型修正与模态截断

对于航空复杂试件 ,通过柔性夹具动力学优化设计 ,模拟真实结构以为试件提供给试件的动力学边界 ,是亟待解决的问题。文中对振动试验中位移响应进行分析 ,强调指出 ,模拟结构真实动力学特性 ,要求试验试件与原试件的固频及振型一致。固频模拟较易实现 ,振型模拟则否 ,故文中主要关注振型模拟。对模态截断和振型修正这两个重要问题进行研究 ,给出以能量范数表示的模态截断判别函数 ,以及基于线性空间变换的振型修正方法。

考虑空间三维模态及振型修正的高耸结构风振响应分析

采用某假想格构式高耸结构电视塔的高频天平测力风洞试验结果,在对其进行半刚性处理的基础上,用六种不同的方法分别考虑空间三维模态、非直线振型及各方向气动载荷耦合等因素,并考虑单方向一维直线振型的风致位移响应计算结果,在五个不同风向角下进行了电视塔顶部位移均方根响应的对比分析,对比结果表明五个风向角工况下得到的结论基本一致,对比本文算例考虑空间三维模态、非直线振型及各方向气动载荷耦合等因素,进行修正计算的结果在x和y方向减少近21%～37%。相比而言仅考虑振型修正的结果,比仅考虑三维空间振型耦合或基底气动载荷的相关性所产生的差异要大。

单振型反应谱法修正方法的桥墩质量换算系数研究

在减隔震桥梁计算中,采用单振型反应谱法修正方法计算时,结构位移和墩底剪力的计算精度较高,但桥墩间添加横系梁后,结构横桥向墩底剪力的计算精度有所降低。为进一步完善单振型反应谱法修正方法,减小横桥向第2阶振型下的桥墩换算质量的计算误差,对桥墩质量换算系数的双折线法、直接积分法、系数法进行对比研究。结果表明,根据文中给出的最佳桥墩质量换算系数值,运用系数法计算时,结构顺、横桥向的第2阶周期、支座位移、盖梁顶位移的计算精度较高,横桥向第2阶振型下的桥墩换算质量的计算误差进一步减小,墩底剪力的计算精度有所提高,单振型反应谱法修正方法更加简便。

桥梁涡激共振试验节段模型质量系统模拟与振幅修正方法

节段模型风洞试验是研究涡激共振风速锁定范围和最大振动幅值的一种重要手段。基于一个具有自激特性的经验线性涡激力模型,从涡激共振微分方程出发,推导了涡激共振试验节段模型质量系统模拟公式,并建立了相应的模型与实桥之间涡激共振幅值的换算关系,给出了涡激共振幅值的振型修正系数和阻尼修正系数公式。由此,通过合理的质量系统模拟和响应幅值换算,可在二维的涡激共振节段模型试验中考虑实桥的结构和振动的三维特性的影响。

Rayleigh阻尼和振型阻尼在大规模建筑结构显式动力分析的实现及应用

为了弥补Rayleigh阻尼和"简化"振型阻尼在显式动力分析的不足,本文在精细化有限元模型的基础上提出了振型阻尼结合质量阻尼的"修正"振型阻尼(即:"M-M D"),并从显式求解精度、稳定性以及对高阶振型放大响应的抑制作用的角度对Rayleigh阻尼和"M-M D"进行了分析。利用PKPM-SAUSAGE软件,对采用了这两种阻尼的显式动力时程计算结果进行了对比,分析了高阶振型放大响应对结构动力分析的影响以及两种阻尼模型对高阶振型放大响应的抑制作用,结果表明"M-M D"的效果更好。

格构式塔架顺风向风振响应

基于高频底座测力天平风洞试验数据得到了格构式塔架顺风向一阶振型广义荷载均方根系数和广义荷载谱解析模型,并从修正线性振型广义荷载谱的角度推导了一阶振型广义荷载谱修正方法和高阶振型广义荷载谱表达式,进而利用推导得到的广义荷载谱,计算了3种典型格构式塔架气弹模型的顶部加速度均方根响应,通过将计算结果和气动弹性模型风洞试验数据对照,分析了振型修正对风振响应的影响和高阶振型、气动阻尼对风振响应的贡献,并得到了若干结论。

上海长江大桥车桥系统节段模型涡激共振试验研究

涡激共振通常都在低风速发生,且涡激共振对断面形式的微小变化很敏感,因此有必要研究车辆对车桥系统涡激共振性能的影响。以上海长江大桥为背景,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-1边界层风洞中进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态下的两种断面形式以及0°、+3°和-3°三种风攻角共6个试验工况节段模型涡激共振试验研究,并将模型试验结果经过振型修正换算到实桥。试验结果表明:桥面有车状态下的竖弯涡振和扭转涡振中分别伴有相同频率的扭转振动和竖弯振动;桥面有车状态的竖弯涡振和扭转涡振幅值明显比桥面无车状态大;桥面有车状态下的涡振锁定风速区间比桥面无车状态下提前。可见车辆明显改变了主梁的气动外形,且无论从振幅还是振动形态方面考虑,车辆对车桥系统的涡激共振影响是不可忽视的。

基于HFFB试验的结构广义荷载与风振响应分析

采用高频测力天平风洞试验技术得到的结构基底弯矩和扭矩进行结构风振响应分析时,只能考虑横向线性振型和扭转向常数型振型,忽略了结构高阶振型对结构响应的贡献。在分析高频测力天平风洞试验测试数据的基础上,以修正线性(常数型)振型广义荷载谱方法为依据,推导得到了结构横向和扭转向各阶振型广义荷载谱。同时,利用此各阶振型广义荷载谱进行了3种典型的格构式高耸结构气弹模型风振响应评估。通过比较气弹模型风洞试验结果和计算结果可知,当考虑振型修正、高阶振型和气动阻尼比后,计算结果与试验结果吻合较好,验证了推导得到的高阶振型广义荷载谱的准确性。

基于模态柔度法的连续梁结构损伤识别研究

利用模态柔度矩阵对角线元素的相对变化率和曲率对连续梁结构进行损伤定位,对这2种指标进行了损伤灵敏度和噪声灵敏度分析。研究了测试不完备和存在观测噪声条件下利用这2种指标进行损伤识别时所存在的困难。针对某三跨连续梁桥,对几种振型扩展与修正的方法进行了比较研究。提出了适合于该类问题的振型修正方法,计算结果表明该方法能够在测试不完备和存在观测噪声的条件下对连续梁结构进行较为准确的损伤定位。

离散支承梁分段动力学建模方法

为了更准确分析轨道交通振动与噪声的成因及传播机理,需要构建车辆-轨道耦合模型,模拟在移动载荷作用下全系统的动力学响应,其中,轨道结构振动方程作为模型中的重要组成环节,其求解方法对于模型数值分析的计算精度有直接影响。常用求解方法—Rayleigh-Ritz法是将简支梁的各阶振型作为基函数,通过模态叠加法求得轨道在外部激励作用下的动力学响应。然而,当轨道计算长度不足、周期支承特性缺失时,基于有限长简支梁得到的振型函数不能充分表征轨枕的离散支承特性,因此,针对一般离散支承梁,提出一种分段建模方法,通过边界条件把轨枕的约束作为弹性恢复力纳入轨道模型中,而不是作为外力项,从而求解出更符合实际的修正振型函数以及固有频率。进一步,对比动力学建模与有限元仿真结果,验证了所提方法在其适用范围内的精确性和有效性。