基于农田不平度的拖拉机机组输入谱推导与振动仿真

推导了拖拉机为两轴四轮、播种机为单轴两轮的六轮输入谱矩阵,可用于研究牵引式播种作业机组受农田不平度激励所产生振动的频域特性。用Roberson-Wittenburg(R-W)方法建立了牵引机组的22自由度动力学模型,然后根据R-W法建立了机组的动力学普遍方程,在对方程进行运动学和动力学分析的基础上,采用多步Geal-预估-校正法进行了时域求解,采用等效的统计线性化方法进行频域求解,对比分析表明动力学模型正确。

牵引火炮列车行军路面输入谱分析

对牵引火炮列车行军过程中路面不平度功率谱进行了研究。建立了牵引火炮列车6轮输入模型;确定了路面对牵引车后轮的双胎输入为两胎输入平均值,研究了列车单侧单——双——单4轮输入谱模型;导出了牵引火炮6轮输入谱矩阵的一般形式。利用该矩阵,可导出一些特殊的6轮输入谱矩阵。为开展牵引火炮行军状态下的系统随机振动研究提供了基础。

基于输入阻抗谱的电缆故障类型识别及定位

为解决脉冲电流测试法(impulse current experimentation,ICE)与时域反射法(time domain reflectometry,TDR)对电力电缆故障进行诊断时存在的不足,提出一种基于输入阻抗谱的电缆故障类型识别及定位方法。首先,依据电力电缆分布参数模型、输入阻抗谱、频谱分析、Kaiser窗,阐明电力电缆故障类型识别及定位的基本原理。然后,对不同类型的电缆故障(开路、短路、高阻、低阻故障)进行建模分析,通过仿真获取正常/故障电缆的输入阻抗谱特征。基于此,再对故障电缆的输入阻抗谱进行处理,得到具有直观性的故障定位谱图,实现对电缆故障的高灵敏度定位。最后,在实验室40 m长的同轴电缆和1 000 m长的10 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上进行模拟故障测试,检验该方法对电缆故障的诊断效果并验证所提故障类型识别判据的有效性。仿真和实验结果表明:该方法对开路故障及阻抗在0?~38Z0 (Z0为电缆的特性阻抗)范围内的故障点具有较好识别效果,故障定位误差<0.4%。与ICE法、TDR法相比,该方法的测试灵敏度更高,可实现对电缆故障的类型识别与高精度定位。

基于总输入能量谱与瞬时输入能量谱的设计谱修正

地震动中的长周期成分对长周期结构的影响不容忽视,现行的设计反应谱为了保证长周期结构抗震设计具备保守性,人为增大了特定频段和特定场地条件的谱值。针对目前设计谱的不足,依据线性单自由度体系的地震动总输入能量谱和瞬时输入能量谱,对规范反应谱5T_g^6s直线下降段提出调整方法。从具有速度脉冲特征的长周期地震记录中选出能量谱值最大的地震记录加以说明,得到修正后的加速度谱与相应的拟速度谱和位移谱。建议的反应谱修正方法综合体现了总输入能量与瞬时输入能量的特征,对于工程结构设计具有重要的理论意义和实用价值。

基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位

为解决局部放电(PD)法和反射系数谱(RCS)法在电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方面存在的不足,提出一种基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方法。首先,依据电力电缆分布参数模型,通过仿真分析,得到含有容性/感性缺陷的电力电缆输入阻抗谱特征。然后,运用电力电缆输入阻抗谱、Kaiser窗实现对电力电缆局部缺陷的高灵敏度定位,得到具有直观性的定位谱图。最后,在实验室13m长的电力电缆上制作两种局部缺陷样本(铜屏蔽层缺损缺陷与热老化缺陷),用于验证所提方法的有效性。仿真和实验结果表明,该方法对长度大于5cm或电容变化大于±5%的局部缺陷具有较高的识别灵敏度,不仅能对电力电缆本体局部缺陷类型进行识别,还能实现对微弱缺陷的有效定位。

弹塑性SDOF系统的地震输入能量谱

以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了弹塑性单自由度(Single Degree of Freedom,SDOF)系统的地震输入能量谱,并对地震动强度和SDOF系统参数对地震输入能量谱的影响进行了研究。结果表明:能量谱峰值主要由地震动强度决定,阻尼比和延性系数有很大影响。在长周期范围,延性系数一定时,随着阻尼比的增大,能量谱值也有所增大;随延性系数增大,能量谱值随阻尼比增加而增大的趋势有所减缓。采用归一化方法,根据能量谱的特征建议了简化三段式地震输入能量谱,并根据能量谱分析结果的统计,建议了弹塑性SDOF系统能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。

多点输入反应谱中耦合系数的研究

首先利用虚拟激励法推导了仅考虑行波效应下多点输入反应谱表达式,重点对多点输入反应谱中动位移耦合系数ρijpq及拟静位移耦合系数ρSpq的计算方法及其特性进行了研究。为了避免繁琐的积分运算,提出了一种"拟合+插值"的耦合系数计算方法,不但精度高,而且大大提高了计算效率。研究表明,ρijpq相对于地震波到达支座点的时差Δt具有明显的三角函数的关系;从总体趋势上看,ρijpq绝对值基本随ωj/ωi的增大而减少,这一点与一致输入时的振型耦联系数ρij相同。在仅考虑行波效应的情况下,可以认为,各支座点的拟静力位移完全相关,即ρSpq=1,结构拟静力位移谱与地震动的位移谱相同。

绝对和相对输入能量谱对比及延性系数的影响研究

利用266条强震记录,在研究绝对输入能量谱和相对输入能量谱衰减规律的基础上, 对由衰减关系所确立的两种输入能量谱进行对比分析,讨论了延性系数对这两种输入能量谱 的影响．研究发现,在弹性情况下,两种输入能量谱在周期O．5～1．0 s范围内相差不大;在 非弹性情况下,两种输入能量谱存周期O．5 s处相差不大．周期较小时,绝对输入能量谱要大 于相对输入能量谱;周期较大时,绝对输入能量谱小于相对输入能量谱．延性系数对这两种 输入能量谱影响均比较大,对绝对输入能量谱而言,周期小于0．3 s时,随着延性系数的增 大,能量谱升高;周期大于O．3 s时,随着延性系数的增大能量谱降低．不同延性系数的绝对 输入能量谱存分界点0．3 s左右相等．相对输入能量谱受延性系数影响与绝对输入能量谱相 似,但分界点在0．5 s左右．与绝对输入能量谱相比,相对输入能量谱在短周期段受延性系数 的影响较大,特别是当场地较软时更为明显．

快速多点输入反应谱法在大跨空间网格结构中的应用

应用快速反应谱法分析了多点输入下大跨空间网格结构的地震响应,通过对网架和网壳两种结构形式在一致输入和多点输入下结构节点的加速度响应对比分析,考查了两种输入方法下不同视波速时网架和网壳结构响应的差异和变化规律,并分析了视波速和结构跨度对这种差异的影响。其中,分别考查了多点输入下视波速为Vapp=50,100,200,500 m/s共4种情况,同时考查了拟静力加速度对不同结构形式的结构响应的影响,为大跨空间结构设计提供理论依据。同时,计算表明,快速反应谱法是一种高效、精确的结构抗震分析方法,对于分析网壳、网架这样复杂大跨度结构在多点输入下的地震响应是很合适的,为理论和实践搭建了桥梁。

弹性SDOF系统的地震输入能量谱

本文以4种场地土条件下40条强震记录为输入,对弹性单自由度(SDOF)系统的地震输入能量谱进行了研究。首先研究了SDOF系统参数和地面运动参数对弹性地震输入能量谱的影响。结果表明,在中长周期范围,弹性SDOF系统的阻尼比和地面运动强度对能量谱峰值有较大影响;在长周期范围,随弹性SDOF系统阻尼比的增大,能量谱值也有所增大。随后,采用归一化能量谱方法,并根据能量谱曲线的特征,建议了简化三段式地震输入能量谱。在此基础上,根据4种场地土条件下40条强震记录能量谱计算结果的统计分析,建议了能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。

单输入功率谱统计检测算法的研究

结合数字信号处理的功率谱分析方法,分析了火灾信号的频谱特征,并通过计算火灾信号与非火灾信号的功率谱密度差,以及大量的实验数据的处理、分析,研究功率谱统计检测算法在火灾探测信号处理中的应用.

地震总输入能量谱的拟速度谱估计

以阻尼比的变化对线性单自由度体系的总输入能不产生影响这一结论为基础,获得了线性单自由度体系地震动输入能拟速度谱估计的方法,研究表明,单自由度体系在某地震波作用下的总输入能等价速度谱可由阻尼比为0.5%的拟速度谱来近似获得。

基于输入输出谱的模态参数识别方法

当测量数据有限时,准确估计频响函数比较困难,导致使用频响函数作为原始数据的模态参数识别方法受到限制。为此实现了一种使用输入、输出数据DFT谱的模态参数识别方法,无需估计频响函数。该方法中频响函数的参数模型采用公分母模型,使用线性化最小二乘法估计模态参数。在系统模型中添加瞬态项多项式减少了初始条件与泄漏的影响;在离散域内求解多项式系数,改善了数值解的病态问题。采用一个二层框架的仿真算例与汽车底盘实测算例对所给方法进行了验证,结果表明:该方法在仅使用少量数据的情况下能够取得较好的识别效果。

等效线性化方法在地震输入能量谱中的应用

建立弹塑性单自由度系统的地震输入能量谱是基于能量抗震设计的核心问题之一,而等效线性化方法是一种简化计算弹塑性结构地震响应的实用方法,但其在弹塑性系统地震输入能量谱中的应用尚不成熟。目前基于位移一致提出的等效性线性化方法已有很多,选取其中有代表性的4种方法将弹塑性结构简化为弹性结构进行地震输入能量的计算,比较各种方法的计算精度和适用范围,同时分析和讨论了结构参数对各种等效线性化方法计算误差的影响。结果表明:所选4种等效线性化方法均对短周期结构的能量谱预测误差较大;对中等周期和中长周期下的结构其计算误差较小,其中Caltrans法和Iwan法的误差相对稳定,且平均值在10%以内。基于以上分析结果,采用遗传算法对Iwan法进行了修正,改进了其对短周期范围弹塑性结构能量谱的计算精度。

基于输入阻抗谱的电力电缆缺陷和故障特征研究

分析了城市电网建设中电力电缆缺陷和故障类型的特征,提出了一种电缆首端输入阻抗谱特征的研究方法,搭建了不同缺陷和故障类型的电缆仿真模型,并与实际测试结果进行了对比分析。结果表明:电缆缺陷会引起输入阻抗谱的偏移和谐振频率点的变化;开路故障和短路故障会增大输入阻抗谱的振荡周期;仿真曲线和测试结果基本一致。

考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法

在舰载机械设备的水下非接触爆炸冲击响应评估和抗冲击设计中,由给定的基础输入运动直接计算,如Duhamel积分,得出的响应谱不能作为谱分析计算输入谱,实际输入谱必须考虑"谱跌"的影响。文中结合一多自由度系统的冲击响应谱分析计算,解释了"谱跌"产生的原理,给出了"谱跌"谱的具体建立方法;运用DDAM对一推进轴系进行了冲击响应计算,得出了各轴承支撑处的最大变形,并提出了考虑推进轴转速条件下的响应谱分析方法;为检验舰载设备的抗冲能力和抗冲设计提供一种途径。

基于输入能量的地震动时程强度包络函数研究

结构随机振动分析和人工合成地震动记录均需要将反应谱转换为功率谱,地震动强度包络函数对转换结果有着重要影响。为合理地确定强度包络函数模型中各参数的取值,依据输入能量谱与傅里叶幅值谱的精确转换关系,建立了由非平稳地震动功率谱计算输入能量谱的方法,并分析了各参数取值对功率谱与能量谱的影响。以匹配设计谱的天然地震动记录样本的平均输入能量谱作为参考依据,通过与设计谱转换得到的输入能量谱进行对比分析,确定了各类场地设计谱转换为功率谱时,强度包络函数模型的各参数取值。通过人工合成地震动记录的输入能量谱分析,验证了各参数取值的合理性。

基于小波分解的能量谱分析方法及其在汶川地震中的应用

利用小波分解将地震波分解成不同频带的小波分量,进而对地震波输入结构的总能量EI进行分解,得到能量在频域上的分布,这是一个有意义的结果。通过对各分量能量谱峰值的分析,可以从另一个方面得到地震波的频谱特性,能量谱峰值出现的结构固有周期与地震波傅里叶谱的卓越周期相同,也可以作为估算卓越周期的一种方法。

长周期地震动的能量反应谱

选取139条长周期地震动记录作为输入,研究了恢复力模型参数(恢复力模型、刚度比η、阻尼比ξ、位移延性比μ)和地震动特性(周期T、震级M_W、场地、PGA)对长周期地震的输入能量谱S_(EI)、滞回耗能谱S_(EH)和阻尼耗能谱S_(ED)的影响.研究表明:1)恢复力模型对长周期(常规)地震能量谱的影响很大(小);η对长周期和常规的地震动的能量谱的影响都很小;随着ξ增加,长周期(常规)地震的S_(EI)的长周期段谱值增大(减小);随着μ增加,长周期(常规)地震的S_(EH)的峰值平台段延长(缩短)且峰值降低(增大).2)M_W越大,结构损伤越大;场地土越软,能量谱值越大;若已知基准PGA_(ref)的能量谱,其他PGA_(oth)的能量谱可由(PGA_(oth)/PGA_(ref))^(2)调整得到.基于以上的参数影响研究,采用三段式拟合函数,建立了长周期地震弹性输入能量设计谱,并拟合了μ和ξ对长周期地震能量谱的影响公式,进而得到长周期地震非弹性输入能量设计谱.

梁式桥抗震设计的地震能量反应谱分析

合理选取4类场地320条强震记录,研究地震动特性和恢复力模型动力参数对弹塑性SDOF体系的地震能量响应及其分配规律的影响,得到如下结论:1对于弹塑性SDOF体系,只要给出某一标准设防烈度的地震能量反应谱,其他设防烈度的能量反应谱可以根据PGA设防烈度与PGA标准烈度比值的平方调整得到;2可忽略屈服后刚度比对结构地震能量响应及其分配规律的影响;3阻尼比对地震总输入能的影响不大,但却对阻尼和滞回耗能有较大影响;4弹性和弹塑性SDOF体系的地震总输入能存在一定差别的,不能忽略结构延性对地震总输入能的影响;5低延性结构的延性能力的增加将会大幅提高其滞回耗能能力。在此基础上,采用非线性能量反应时程分析方法,建立适用于我国梁式桥抗震设计的地震总输入能谱、能量折减系数谱、滞回耗能谱和滞回耗能比谱,并为梁式桥基于能量的抗震设计提供以下建议:在采用能量方法对梁式桥进行抗震设计,因尽量使结构周期超过临界周期,以避免结构弹塑性地震输入总能量被放大;同时,还应控制梁式桥的延性不宜过大或过小。