近直下型断层的地铁车站结构地震响应

目前在近断层场地中地下地铁车站抗震性能水平认识方面相对匮乏,鉴于此,提出了一种考虑发震断层-地下结构全过程地震响应的IBE-FEM联合求解分析方法。首先,基于运动学有限断层模型,采用间接边界元方法(IBE)求解直下型走滑断层错动作用下上覆软土沉积层场地内的地震波场,并验证了有限元法(FEM)间接求解地震波场的可行性;在此基础上,通过建立土-地下连续墙-主体结构非线性静-动力耦合的二维整体时域有限元模型,初步探究了断层-软土场地耦合效应对地铁车站抗震性能的影响规律。结果表明:在近断层区域,地铁车站结构震害具有典型的断层上盘效应和震害集中效应,更容易进入塑性变形发展阶段;在远断层区域,由于断层-场地效应耦合作用,断层下盘场地内地震波场衰减较缓,其内车站结构整体震害略大于断层上盘。本文研究方法为近断层场地条件下地下结构地震响应分析开辟新思路,也可为相关场地区域内的地下结构抗震设计提供技术参考。

随机基础激励下承力筒—蒙皮结构的声—固耦合分析

针对航天器承力筒—蒙皮典型结构,分别基于有限元—直接边界元法和有限元—间接边界元法建立仅考虑内/外声场和同时考虑内外声场的声—固耦合模型,开展典型结构在随机基础激励下的声—固耦合研究,并重点分析内外声场和声—固耦合效应对典型结构固有特性及动响应的影响。研究结果表明:考虑声—固耦合效应后结构振型未发生变化但固有频率降低,仅考虑单一声场效应时固有频率较同时考虑内外声场时升高;声—固耦合效应使结构的响应整体上降低,但在与激励方向平行的蒙皮处由于内声场的作用而增大;内声场对动响应的影响大于外声场。

基于FEM/BEM的浸水结构振动及声辐射特性国内研究综述

文章基于有限元(FEM)或有限元结合边界元(FEM/BEM)分析方法,对浸水结构振动及声辐射特性国内公开发表的文献进行梳理,从低频流固耦合的振动特性、弱耦合与强耦合的声辐射特性、直/间接边界元的非唯一性与奇异性等着重流体数值模拟方面,对国内相关研究进行了综述分析,就浸水结构振动及声辐射特性的研究发展动态做出了总结,为相关科研人员研究浸水结构振动特性及声辐射提供了有益参考。

基于车桥耦合的高架槽形梁结构噪声影响分析

为了探讨列车通过轨道交通高架槽形梁时诱发的结构噪声,以某拟建30 m轨道交通槽形梁为研究对象,建立车桥耦合系统振动分析模型以及槽形梁结构声辐射有限元/边界元模型。采用多体动力学软件Simpack建立列车的空间动力学模型,采用有限元软件Ansys建立槽形梁有限元模型,基于Simpack和Ansys相结合的联合仿真方法,获取轮轨激振力。在计算列车荷载作用下槽形梁结构振动响应的基础上,采用有限元-间接边界元耦合声学分析法,探讨底板厚度以及腹板高度对槽形梁结构噪声的影响。研究结果表明:底板厚度的增加可以降低槽形梁梁体正下方的结构噪声,但并非越厚越好,底板厚度对结构远声场有一定程度的影响,但降噪效果不明显;腹板高度的变化使槽形梁结构噪声辐射衰减方向有所改变,桥梁腹板两侧噪声辐射衰减速度较快;桥梁底板正上方的结构辐射噪声最强区域有缩小趋势;分析结果可为轨道交通槽形梁结构减振降噪优化设计提供一定的理论参考依据。

微环音气流压电发电机声管固定方法

针对声管固定方法对微环音气流压电发电机最大输入功率的影响,提出了应用有限元和间边界元相结合的方法,对不同固定方法下的声管,数值模拟腔体受谐波(正弦波)激励的振动响应。在满足压电换能器最大机械功率条件下,选择合适的声管固定方法。结果表明:结构尺寸一定时,固支-固支固定有利于提高固有频率;结构尺寸越小,不同固定方法所对应的固有频率差异越大;固支-固支固定下,声管的基频较高且其偏差影响小。不同固定方法和不同尺寸下声管的谐响应和基频变化趋势,为微环音气流压电发电机的设计提供参考,也为进一步的换能器设计和验证实验提供了依据。

深厚饱和软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响

工程场地中透镜体对地震动具有明显的影响,且饱和场地与相应干土场地的地震响应具有明显的差别,而目前对于深厚饱和软土场地中透镜体对地震响应的影响还鲜有研究。采用有限元-间接边界元耦合法,建立饱和场地中非线性土-结构动力相互作用模型,对深厚饱和软土场地中透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应的影响进行了系统地分析,并着重讨论了土骨架-孔隙水耦合作用的影响。研究表明,深厚饱和软土场地中的透镜体可能会明显改变上部结构的动力响应;透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应有不同程度的影响,且与干土场地中规律存在明显差异;土骨架-孔隙水耦合作用对上部结构动力响应的影响显著。

土体非线性对土-结构动力相互作用的影响——以Millikan图书馆为例

文中采用有限元-间接边界元(FEM-IBEM)耦合法,研究土体非线性对土-结构动力相互作用(SSI)的影响。二维模型中,远场土体采用间接边界元法(IBEM)模拟,近场土体采用有限元法(FEM)模拟;采用等效线性模型考虑土体非线性。以著名的Millikan图书馆为例计算表明,土体非线性对SSI有明显影响。考虑土体非线性后,结构基底剪力、层间位移角以及系统频率均明显降低,而且地震波幅值越大,或土体非线性越强,非线性动力响应的降低程度越大。研究对于定量评估土体非线性对SSI的影响具有一定的参考价值。

腹板式航天器结构减振降噪的优化设计研究

针对腹板式航天器在轨运行过程中的结构减振降噪问题,利用FEM/IBEM法,提出了一种基于模态贡献度对流固耦合系统进行减振降噪的结构优化设计方法。先采用分块兰索斯法求解结构前20阶自由模态,获得固有振型。再利用间接边界元法,对姿控发动机激励下的整体结构进行模态贡献度分析,确定了对某灵敏仪器所处位置声学贡献最大的面板。以该面板为优化设计对象,一阶固有频率最大化为目标函数进行频率响应拓扑优化和形貌优化。优化结果表明,耦合系统在姿控发动机激励下,敏感仪器所处位置的峰值声压最大下降了21.27 dB,总体质量减轻了6.83 kg,获得了比较理想的减振降噪效果。

深厚软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响

工程场地中透镜体对地震动具有重要影响,但目前对该问题的研究比较少,尤其是深厚软土场地中的透镜体问题还鲜有研究。本文采用有限元-间接边界元耦合法,建立非线性土-结构动力相互作用模型,并对方法计算精度进行了验证。论文首先比较了弹性基岩模型和刚性基岩模型的差别,建议采用更接近实际的弹性基岩模型研究深厚软土场地中的透镜体问题。然后在考虑场地土体和透镜体介质非线性的基础上,系统地研究了深厚软土场地中透镜体宽度、厚度和埋深对上部结构地震响应的层间位移角、加速度及基底剪力的影响。研究表明,透镜体的存在可能会明显改变上部结构的动力响应,上部结构的动力响应可能会明显放大。透镜体宽度、厚度和埋深对结构动力响应均有很大影响。

高架轨道梁振动与结构噪声的数值模拟

使用Ansys对箱梁三维模型进行时程分析。使用matlab和VB编制接口程序,对振动计算的时程结果进行时频转换和文件格式转换。将Ansys建立的三维模型导入Sysnoise并将处理后的振动计算结果作为边界条件输入。采用间接边界元法对轨道梁在半无限空间中的声学特性进行计算。得到轨道梁辐射声压的频率分布特性和空间分布特性。

部分浸没悬臂平板的声振特性

研究水下结构的声辐射问题时,流体声介质通常被假设为无限域,然而对于大部分水面海洋结构物,则是部分浸没在水中,自由液面的作用不可忽略。通过构造反对称边界条件来考虑自由液面的影响,采用有限元法结合间接边界元法研究水中部分浸没悬臂平板的振动和声辐射特性。首先,计算悬臂平板在不同浸没深度下的固有频率和模态振型,并与已有文献的算例进行对比分析,验证该方法的正确性;然后,对半浸没悬臂板的声辐射特性进行计算,并讨论载荷位置和浸没深度对平板声振特性的影响。研究表明:平板在水中的固有频率随着浸没深度的增加而降低;载荷位置对平板辐射声功率级有影响且和频率有关;平板辐射声功率是随着浸没深度的增加而增大,低频段辐射声功率曲线的峰值随着深度的增大有向低频移动的趋势。