基于小波分析信号特征频段能量变比的故障电弧诊断技术研究

为了分析和研究故障电弧的特性,进而快速及时地检测出电弧故障,以便快速切断故障线路,笔者提出一种利用小波变换来分析故障电弧电流特征频段能量变比的诊断方法,通过采用db5小波基函数分别对线路正常工作情况下电流信号和串联型故障电弧电流信号进行6层小波分解,从而提取正常情况下和故障电弧发生情况下的频带能量值及其前后的能量变比,其中d4、d5细节信号所在的频段为故障电弧的特征频带。利用此故障电弧的典型特征可以准确地实现对故障电弧的诊断,且该分析结论对于线性负载情况下的故障电弧诊断研究具有普适应意义。

考虑衬砌截面协调变形约束的既有隧道受盾构下穿施工影响的Fourier能量变分解

目前关于新建盾构开挖诱发既有地铁隧道变形的理论研究,大多将既有隧道简化为不含接头的Euler-Bernoulli梁,而忽视了衬砌截面的剪切变形与管片接头的局部刚度削弱。此外,既有地基模型理论较少考虑衬砌管片与接触土体的协调变形约束。首先,采用Loganathan-Polous公式计算盾构开挖诱发的土体自由位移场,并将既有隧道视为考虑剪切变形的Timoshenko梁,基于沿轴线变化的抗弯与剪切刚度函数来描述管片接头的局部削弱作用;然后,结合能量变分原理与连续弹性体Mindlin解,建立考虑衬砌截面协同变形约束的隧道位移控制方程,将盾构开挖诱发的附加荷载施加于既有隧道,并使用Fourier级数方法求解既有隧道纵向变形;最后,将Fourier能量变分解与3组工程实测数据进行对比验证,取得了较好的一致性。此外,考虑隧道抗弯刚度、剪切刚度、接头刚度削弱作用、土体参数与隧道空间位置等因素的共同影响,使用抗弯系数、剪切系数及接头系数进行敏感性分析。结果表明,考虑截面变形协调约束的理论解更为符合实际,不考虑变形协调约束所得隧道位移结果偏大;衬砌接头局部刚度的削弱作用将造成隧道弯矩沿轴线在接头处发生明显锯齿状突变;抗弯系数与剪切系数的增长均导致隧道结构所受弯矩降低;剪切系数由低到高的增长将导致隧道变形模式发生“弯曲控制-弯剪混合-剪切控制”三阶段变化;隧道变形模式进入“剪切控制”阶段的过程中,抗弯刚度的变化对隧道内力影响逐渐降低;接头系数的增长将造成隧道所受弯矩降低,但隧道抗弯刚度较大时其影响逐渐减弱。

基于能量变分法的钢底板波形钢腹板组合箱梁畸变效应分析

为合理分析钢底板波形钢腹板梯形箱梁的畸变效应,按各板件面内外抗弯刚度不变的原则将全截面等效为钢材,利用圣维南原理考虑顶底板对波形钢腹板的约束作用,修正畸变扇性坐标分布模式,基于能量变分法建立畸变控制微分方程。与已有文献及有限元进行对比分析,并研究腹板俯角和波形钢腹板厚度变化对畸变翘曲正应力的影响。结果表明,本文解析解与文献解及ANSYS解均吻合较好;基于圣维南原理修正后的扇形坐标分布模式更合理;利用本文等效方法亦可分析传统波形钢腹板组合箱梁的畸变效应;腹板俯角的设置有利于减小畸变翘曲正应力;波形钢腹板厚度变化对腹板与底板交接处的畸变翘曲正应力影响显著。

基于板-梁理论的FGM双轴对称箱形截面组合扭转理论与有限元验证

基于板梁理论研究FGM双轴对称箱形截面组合扭转理论与有限元验证.首先,选取弹性模量变化函数,建立能量变分模型,引入无量纲参数,获得双轴对称箱形截面组合扭转的近似解析解;然后,利用微分方程模型计算双轴对称箱形截面组合扭转的精确解析解,给出微分方程解答;最后,利用ANSYS有限元分析软件进行验证,将本文研究所得解析解和ANSYS有限元分析软件得出的解析解进行对比,对比结果验证了本文理论推导及所给出的自由扭转刚度、约束扭转刚度表达式的正确性.

隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。

薄壁箱梁剪滞效应的能量变分法

考虑了三个不同的剪滞纵向位移差函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,提出了一种能对工程中常用的变高度梯形截面箱梁剪力滞及剪切变形效应进行分析的方法。应用能量变分原理,导出了箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件,获得相应的闭合解,并探讨了不同纵向位移差函数对剪力滞的影响。最后通过高阶有限条法计算验证了本文方法的正确性。所得的公式比以往剪滞理论有了发展,因此更具有一般性。

基于Timoshenko梁及能量变分原理的薄壁箱梁挠度计算分析

基于Timoshenko梁理论和能量变分原理,对单箱单室混凝土薄壁箱梁的翘曲位移函数进行修正,合理构造考虑各翼板翘曲位移函数幅值关系、横截面轴力平衡以及剪切变形影响的翘曲位移函数,建立了体系总势能函数表达式.利用Euler-Lagrange方程得到了薄壁箱梁剪力滞效应计算理论的微分方程,推导了考虑剪力滞效应影响的简支梁挠度计算公式.结合ABAQUS有限元数值模型算例,对比分析了简支梁在不同荷载工况下挠度沿梁轴向的分布规律.结果表明:针对不同荷载工况下的单箱单室薄壁简支箱梁,文中提出的挠度计算公式的结果与ABAQUS有限元数值吻合较好.同时选取目前工程应用较为广泛的一般梁挠度简化计算方法进行对比分析.由于此类简化计算方法忽略了剪力滞效应存在而产生的附加挠度,导致误差较大,最高达到32.06%,误差范围为21.39%~32.06%.文中所提出的挠度计算方法的结果与有限元数值模拟的结果吻合良好,能较好地反映结构在外荷载作用下的变形规律,且不受加载工况影响,从而验证了文中挠度计算方法的正确性及适用性.

索桁架组合体系的固有振动能量变分解

索桁架组合体系与普通梁板结构不同,需要考虑索力增量,振动特性较为复杂.首先,采用Timoshenko梁的连续化模型模拟桁架梁,推导桁架梁的等代抗弯刚度;采用能量变分法,分析索桁架组合体系固有振动,给出索桁架组合体系竖向振动频率解析解;分析770m跨度索桁架组合体系、900m跨度索桁架组合体系和1 200m跨度索桁架组合体系,与有限元ANSYS分析结果对比,误差在10%以内.该方法公式较简单、精度较高,可为索桁架组合体系的工程设计提供参考.

基于能量变分原理的薄壁箱梁自振特性分析

以能量变分原理为基础,综合考虑剪力滞后效应、剪切变形和转动惯量的影响,推导出箱形截面梁的控制微分方程和相应的自然边界条件,据此获得几种常用边界条件(简支、悬臂、连续、两端固支)的固有频率方程,提出一种能对工程中常用矩形薄壁箱梁自振特性进行分析的方法。通过算例将解析解与板壳有限元结果进行了比较,证明了该方法的有效性,所得公式比以往剪滞理论有一定发展,且为箱形梁桥动力特性的进一步研究奠定了理论基础。

预应力双层索静力分析的能量变分解

预应力双层索比单层索有更好的结构刚度和形状稳定性,可用于各种跨度的屋盖结构中.本文采用能量变分原理对双层索进行静力分析,得到了在均布荷载、三角形荷载和对称三角形荷载作用下的挠度近似公式,并与采用有限元法分析的结果进行比较.结果表明,本文给出的挠度计算公式具有较高的精度,可供工程应用参考.

开挖土体侧移作用下被动单桩能量变分分析方法

常规设计通常仅考虑桩基受主动荷载作用时的内力和变形,然而基坑开挖引起的土体侧移会使邻近桩基产生附加内力和变形,甚至可能引起桩的破坏。针对此类被动桩问题,基于假定的开挖土体自由场位移模式,采用Winkler地基模型,提出一种能量变分分析方法。该方法基于最小势能原理,通过能量方法建立变分控制方程,针对不同的桩顶约束条件,对被动桩问题进行分析。与经典解答和试验结果对比,验证了本文方法的正确性,该方法能够简便地分析土体侧移作用下被动单桩的性状。

槽形梁动力反应分析的能量变分法

以分析箱形梁剪滞效应提出的方法为基础,考虑了剪滞翘曲应力的自平衡条件,为了准确反应槽形梁翼板的动位移变化,三个广义动位移η(x,y,z,t)、w(x,t)和θ(x,t)被引入。利用能量变分原理建立了槽形梁动力反应w(x,t)、u(x,t)和θ(x,t)的控制微分方程和自然边界条件,获得了相应广义位移的闭合解,据此对槽形梁的动力反应特性进行了研究,揭示了槽形梁桥动力反应的规律。算例中,该解析解与有限元数值解进行了比较,证明了该动力分析方法的有效性。

多室(奇数室)薄壁箱梁剪力滞的能量变分通解

假定顶板、底板与悬臂板具有不同的剪滞纵向位移差函数,纵向位移沿宽度方向呈余弦函数分布,利用能量变分法建立了适应于任意单箱多室(奇数室)薄壁箱梁的剪力滞控制微分方程和边界条件,并对控制方程进行解析,得到了其闭合解;给出了几种典型边界条件和荷载作用下弯曲正应力和剪滞系数的计算通式,可供工程实际检算与设计参考;最后通过算例对理论推导的正确性进行了验证.

基于能量变分原理的槽型宽翼受压构件剪滞效应和影响参数

对影响剪滞效应的主要参数(如:跨宽比、宽高比等)进行大量计算与分析,得出它们的影响规律和分布曲线.基于能量变分原理,导出了槽型宽翼受压构件考虑剪力滞效应时的平衡控制微分方程及自然边界条件,给出了该方程在边肋轴向线分布荷载作用下的闭合解,并用算例验证了本文计算结果的可靠性.

剪力滞对CFRP板-钢梁加固界面应力的影响

为了分析工字钢梁弯曲变形产生的剪力滞效应对黏结层法向应力和切应力的影响,基于虚功原理的能量变分法建立考虑剪力滞的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固梁黏结应力计算理论方程.通过与试验和有限元数值模拟结果的对比,验证了理论方程的正确性.开展不同弯矩作用下的工字型钢梁黏结层界面切应力和法向应力参数分析.结果表明,剪力滞引起的翼缘板纵向位移沿横向3次抛物线分布的假定是合理的.剪力滞效应对CFRP加固工字钢梁弯曲变形下的端部界面应力影响不可忽略,影响程度随着截面弯矩和翼缘板宽度的增加而增大.

能量变分原理推导考虑剪切变形的梁单元刚度矩阵

利用能量变分原理 ,导出了考虑剪切变形情形的梁段单元刚度矩阵和荷载列阵 。

基于能量变分法的曲线组合箱梁畸变效应分析

目的研究曲线钢与混凝土组合箱梁主要设计参数对畸变效应的影响,减小组合梁的畸变。方法通过能量变分法建立曲线组合箱梁畸变方程,分析集中荷载作用下截面尺寸及曲率半径对曲线组合箱梁畸变效应的影响。结果增加钢腹板厚和梁高可显著减少畸变效应;箱梁的曲率半径不宜过小,当曲率半径小于100 m时畸变效应明显;梯形截面比矩形截面更有利于限制结构畸变,为控制畸变效应,根据曲率半径的差异,主控不同的设计参数。结论当曲率半径小于100 m时,曲线组合梁的高跨比宜为0.6,高宽比宜为1,钢腹板厚宜大于30 mm;当曲率半径大于100 m时,主要通过增加钢腹板厚控制畸变,其厚度宜为20~40 mm。

分层弹性地基土中嵌埋矩形板的能量变分解

将地基土取为有限分层弹性体，利用单位均布力作用下的Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ空间解答计算了地基刚度矩阵．用能量变分原理建立了板底反力、位移及板内力计算的半数值半解析法模型，并编制了相应的计算程序．

预应力混凝土曲线梁的能量变分法

按等代荷载法将空间预应力等效为竖向荷载和径向荷载,利用能量变分原理,分别推导出曲线梁在竖向荷载和径向荷载作用下的基本微分方程、边界条件,并求得相应的闭合解。通过算例比较,结果吻合较好。

应用能量变分法计算下承式系杆拱侧倾临界荷载

为满足使用功能及美观上的需要,无推力下承式系杆拱通常被设计成少横撑和无横撑,此时就必须验算其横向稳定性。而目前有限元通用程序给出的是一个综合性的计算结果,设计者无法具体分析各项几何及材料参数的影响程度,从而不可能通过变更设计或采取有针对性的措施来提高稳定系数。因此,探讨解析解或各种近似的计算方法还是很有必要的。本文以无横撑下承式系杆拱桥侧倾稳定问题为背景,用能量变分方法导出了其侧倾临界荷载的近似解析解。