具有屈服后硬化刚度减震结构等效速度谱研究

具有屈服后硬化刚度减震结构的输入能计算中,等效速度谱一般通过改变结构阻尼比获得,这与实际不符,而不同的反应谱对输入能的计算精度影响较大。本文旨在构建综合考虑结构参数、场地类别和地震类型的等效速度谱,为相关减震结构能量设计提供参考。基于此,首先,建立了考虑屈服后硬化刚度影响的能量平衡方程及其运动方程,并构建了具有屈服后硬化刚度单自由度(single degree of freedom,SDOF)体系等效速度谱计算程序;其次,选取了不同场地类别和地震类型的120条地震记录,利用上述程序分析了屈服后硬化刚度、阻尼比、延性系数、场地类别和地震类型等五种因素对等效速度的影响规律;最后,利用数据拟合工具提出了综合考虑多因素影响的等效速度谱计算公式并与程序计算结果对比。研究表明:等效速度随硬化刚度系数的增大呈减小趋势,但对等效速度谱的下降段影响较小,同时,等效速度随延性系数和阻尼比增大也有减小趋势,但阻尼比影响更为显著。

能量等效速度谱衰减分析及在设定地震中的应用

利用我国大陆与北美大陆在地震构造、地震成因、地震活动特点等方面的相似性,依据美国西部基岩强震记录资料,建立了适用于我国大陆的能量等效速度谱衰减关系式,分析了震级、震中距对能量等效速度谱的影响规律。分析表明,水平和竖向分量能量等效速度谱随震级的增加和距离的减小而增加;谱的卓越周期随震级的增加而增加。同时,将能量等效速度谱应用于设定地震的确定,提出了按0.2s周期点能量等效速度谱确定工程场址设定地震的方法,并将该方法应用于新疆克孜尔坝址地震动参数的确定,得到了坝址100年超越概率为2%的设定地震M=6.75、R=9.70km及相应的设计反应谱。由于基于能量等效速度谱的设定地震方法同时考虑了地震动幅值、频谱和持时的影响,根据该方法确定的设计反应谱介于一致概率反应谱和规范反应谱之间,克服了一致概率反应谱在中长周期处明显偏大的缺点,从而验证了本文设定地震方法的合理性。

弹塑性SDOF体系地震输入归一化等效速度谱

为了确定弹塑性单自由度(single degree of freedom,SDOF)体系地震输入能,分析了中美场地土剪切波速转换关系,将从美国PEER地震记录数据库选取的220条强震记录按中国场地土类型进行分类,基于能量平衡原理,采用归一化方法,建议了一种基于复合强度指标的弹性SDOF体系三段式等效速度谱.分析了5类场地土条件下SDOF体系系统参数对地震输入等效速度谱的影响.研究结果表明:刚度折减系数对等效速度谱无明显影响;延性系数和阻尼比增大均对等效速度谱峰值和下降段衰减速度有削弱作用.综合考虑各类影响因素,通过参数多次拟合,得出弹性SDOF体系归一化等效速度谱峰值段及下降段修正系数,提出了一种适用于我国场地土类型、可直接供设计使用的弹塑性SDOF体系归一化等效速度谱确定方法,并验证了其有效性.

基于数据驱动的离心泵转速识别及故障诊断研究

针对提取离心泵转速数据成本高、操作困难,获得的先验参数误差较大等问题,提出了一种完全基于数据驱动的离心泵转速识别模型。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)得到了振动信号的复频谱,利用有效频段内的频谱计算了等效速度谱;然后,通过计算速度谱的谱峰值与本底能量之间的差值,获取了差值最大值,并将其与当前本底能量进行了对比(若满足条件,其对应的频率即为离心泵的转频);对原始振动信号进行了包络解调得到了包络谱,在包络谱中搜寻具有明显谐波特征的故障频率,并分析了故障频率周围的边带特征,结合故障频率和边带特征,对离心泵进行了故障诊断分析;最后,采用实验获得的实际离心泵振动数据,对上述算法模型的准确性进行了验证。实验结果表明:使用基于数据驱动的离心泵转速识别模型对具有明显内圈故障特征的离心泵冲击信号进行识别,其转频为43.58 Hz,在包络谱中有明显的故障特征频率为214.8 Hz,故障特征系数为4.93,符合轴承内圈故障信号特征,也与实际离心泵故障一致。研究结果表明:采用计算速度谱的谱峰值与本底能量之间差值的方法可以有效排除噪声的干扰,准确地识别设备的转速,可为实际工程中的设备故障诊断提供技术支持。

地震总输入能量谱峰值估计

为了改善地震总输入能谱建立过程中峰值计算精度和计算效率，根据美国西部强震数据库中I类场地（剪切波速大于750 m/s）的69条地震记录的能量谱峰值，研究了等效速度谱（ V I谱）峰值的主要影响因素以及相关性。采用傅里叶变换和线性拟合方法，研究了VI谱峰值和地震波频率成分之间的关系。进而提出了基于傅里叶谱的VI谱峰值参数α，建立了简化的谱峰值计算公式。研究结果表明：具有相近场地条件、地震动峰值和持时的地震波可能导致较大的VI谱峰值差异；地震动傅里叶幅值谱的低频集中度、幅值谱峰值与单自由度体系的VI谱峰值有较大的关联度，其中0～10 Hz频率段的关联度最大。