基础隔震结构的运动方程与阻尼矩阵在动力响应分析中的适用性研究

结构阻尼模型和运动方程是影响结构抗震动力分析精度的关键因素。由于基础隔震结构地震响应具有显著的特殊性,因此普通非隔震结构地震响应算法未必适用。基于这一认识,重点研究基础隔震结构动力分析方法中采用的各种模型,考虑基于不同地震动输入的结构阻尼模型和运动方程。研究发现,采用现有常规方法构造隔震结构阻尼模型时,上部结构会随着隔震支座发生刚体位移时产生阻尼力,这将可能导致计算精度的显著降低。针对这一问题,提出了确定基础隔震结构阻尼矩阵的一般方法,给出了基于上部结构阻尼矩阵和隔震层阻尼常数的通用表达式。采用隔震结构剪切型模型,给出了结构矩阵的解析表达式,并以此为基础进行了算例验证。研究结果表明,目前常用的隔震结构阻尼模型可能会高估结构的阻尼作用,从而低估结构响应;采用位移输入模型会高估隔震层相对位移、低估上部结构响应,当隔震层等效阻尼比达到0.3时,相对偏差可达到34.6%和-31.1%,而采用位移-速度输入模型可得到与加速度输入模型一致的分析结果,故应采用位移-速度输入模型代替传统的位移输入模型。

高拱坝地震反应时域分析中Rayleigh阻尼矩阵建模方法讨论

讨论了不同Rayleigh阻尼矩阵建模方式对时域内高拱坝地震反应计算准确度的影响。以某一高240 m的混凝土拱坝为研究对象,分析了结构的动力特性,分别计算了结构在双向和三向地震作用下,当采用不同Rayleigh阻尼矩阵模型时的结构动力反应。建立了8种Rayleigh阻尼矩阵双参数模型,其中第一参数频率取拱坝第1、2阶频率,第二参数频率取拱坝第5、6阶频率及地震波反应谱的峰值频率和重心频率。计算结果表明:当高拱坝的自振特性相比于地震波频谱分布表现出长周期结构动力特征时,不同Rayleigh阻尼矩阵模型对计算结果影响很大。建议采用拱坝顺河向基频和地震波反应谱峰值频率作为两个参数频率,由该模型计算所得的坝体地震反应的主要计算结果总体上计算误差为正,且误差值有限。

竖向混合结构阻尼矩阵近似解耦计算的误差分析

将竖向混合结构等效成两自由度结构模型,对该两自由度模型进行不同子结构参数取值下的近似解耦计算,分析其模态阻尼矩阵对角占优程度和近似解耦计算结构响应误差情况。研究结果表明:在不同子结构特性下,模态阻尼矩阵对角占优指数和位移误差指数的衰退特征具有相似性。因此在竖向混合结构动力分析时,可以采用对角占优指数来判定采用近似解耦计算的可行性。

粘弹性复合材料的有效三维阻尼矩阵预报与能耗计算

提出了一种计算纤维增强复合材料粘弹性阻尼和能耗的新方法。在层片的层次上 ,基于各向异性粘弹性理论导出以阻尼矩阵表示的材料能耗计算公式。在层板的层次上由能量等效原理得到有效阻尼矩阵。由此 ,可由层板的有效应力和有效应变计算出其能量耗散进而得到比阻尼。其中的关键点是有效阻尼矩阵的推导 ,最终得到的有效阻尼矩阵是各单层阻尼系数、体积分数、刚度系数以及层合板有效刚度系数的函数。用有效阻尼矩阵计算能耗可以适用于任意复合材料的应力应变状态 ,这对于粘弹性复合材料结构能耗的数值分析尤其重要。最后将该理论应用于几种情况下的复合材料的能耗和比阻尼分析 ,算例表明与其它的理论预测和试验相比吻合良好 。

用试验数据修正振动系统的双对称阻尼矩阵与刚度矩阵

讨论用试验数据修正振动系统的双对称阻尼矩阵与刚度矩阵问题.依据特征方程、阻尼矩阵与刚度矩阵的双对称性,利用代数二次特征值反问题的理论和方法,研究了该问题解的存在性与唯一性,提出了修正阻尼矩阵与刚度矩阵的一个新方法.利用双对称矩阵的性质研究了方程的双对称解.给出了二次特征值反问题双对称解的一般表达式,讨论了对任意给定矩阵的最佳逼近问题,并给出了问题的最佳逼近解.用该方法修正的阻尼矩阵与刚度矩阵不仅满足二次特征方程,而且是唯一的双对称矩阵.

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.

深厚场地地震响应中阻尼矩阵形式的影响分析

深厚覆盖土层地震响应时域分析中阻尼矩阵形式的选取十分重要。本文基于滞后阻尼比和振型阻尼比构造了6种不同的比例阻尼矩阵形式,研究其对深覆盖土层地震响应的影响。以上海某一实际深厚覆盖土层为算例,分别以人工合成基岩地震波、汶川地震时上海佘山记录的基岩地震波为输入,得到6种阻尼矩阵形式下不同深度处的土层地震响应,并以频域解为基准解进行比较。研究结果表明,阻尼矩阵形式对加速度结果的影响程度比位移结果要大,运用同一种阻尼矩阵形式所得结果误差和输入地震波频谱特性有关。地震波自身的频谱特征对阻尼矩阵形式的选取有一定影响,建议综合考虑地震波的频谱特征和场地土层特性来构建合适的阻尼矩阵以获得合理的结果。

关于超长沉管隧道地震反应分析中瑞利阻尼矩阵的讨论

以港珠澳超长沉管隧道为例,采用质量-弹簧模型,通过时域数值计算,分析了在不同Rayleigh阻尼矩阵下沉管隧道在不同地震输入荷载下地震反应的特点与区别,并同地震动响应的"真实解"进行了比较,讨论了考虑地震输入荷载影响时Rayleigh阻尼系数的选择方式,提出在形成Rayleigh阻尼矩阵时,可取模型的第1阶振型与输人荷载的反应谱卓越频率来确定Rayleigh阻尼的比例系数。

纸张动态分析中阻尼矩阵的实验确定方法

采用激振实验的方法 ,对纸张在空气中振动时的阻尼特性进行了研究 ,提出了在纸张动态响应有限元分析中阻尼矩阵的确定方法和详细步骤 .以该方法确定阻尼矩阵 ,对悬臂状态纸张的动态响应进行了有限元分析 ,分析结果与实测结果非常吻合 ,表明由该方法确定的阻尼矩阵能够较真实地反映纸张在空气中振动的阻尼特性 .

结构振动系统阻尼矩阵的估计方法

主要讨论振动系统的阻尼矩阵估计问题 先将阻尼矩阵C按Liang的理论表达为系统的质量与刚度矩阵M、K的多项式 ,并用多项式的前几项近似表达阻尼矩阵即能导出复模态 ,文中解释了多项式各项的物理意义 ,利用估计模型应具有的动态传递函数应尽可能与实测值一致的原理 ,构造了一个利用动态试验数据确定多项式各种系数的优化估计算法 。

含附加阻尼器结构的阻尼矩阵识别

结构非比例阻尼模型中的Liang模型是目前工程界广泛接受的比较接近真实情况的一种阻尼模型。然而有时候为了控制结构的动力学响应水平或者对结构进行动力学优化,往往要在结构的某些位置附加阻尼器。附加阻尼器以后的结构阻尼将不再符合Liang模型的形式。本文主要研究含附加阻尼器结构的阻尼矩阵,利用矩阵Kronecker积求解矩阵方程,建立利用不完备实验模态确定附加阻尼器的位置和阻尼系数大小的方法,同时提出了相应的迭代算法。最后的算例表明了本文方法的正确性,同时也证明了本文提出的迭代算法所具有的优越性。

复杂介质体系阻尼矩阵的合理形成方法

本文以物理分析为基础,通过三个步骤给出了建立复杂介质体系(或复杂结构)阻尼矩阵的一个合理方法.这三个步骤是:1.给予单自由度系统的阻尼以一与常见者不同的等价表达形式;2.将此适用的阻尼表达形式推广到 Voigt 体单元阻尼矩阵的形成过程中;3.阐明在实际问题中对阻尼比概念所可赋予的新含义.

求解弱非比例阻尼系统实模态解的阻尼矩阵摄动法

提出了一种求解弱非比例阻尼振动系统实模态解的摄动方法和将非比拟阻尼矩阵分解为比例阻尼矩阵和余项阻尼矩阵的方法.对于弱非比例阻尼振动系统,通过同时对阻尼矩阵和响应矢量进行小参数摄动,将原非比例阻尼系统分解为一系列的比例阻尼振动系统,在此基础上用正则模态变换将各阶比例阻尼的摄动方程解耦,从而求得原非比例阻尼振动系统的近似解析解.计算实例表明,此方法的结果与数值计算结果十分吻合.

高土石坝地震反应时域分析中阻尼矩阵数值建模问题的讨论

讨论了不同阻尼矩阵数值建模方式对时域内高土石坝地震反应计算准确性的影响。介绍了高土石坝地震反应时域分析中常用阻尼矩阵数值建模方式,通过理论分析,说明了常用阻尼矩阵的局限性。采用不同数值建模方式形成了14种比例阻尼矩阵,在时域内计算了3种不同坝高的均质土坝的线性地震反应。把计算结果与在频域内计算所得的正确结果进行对比,分析了不同比例阻尼矩阵数值建模方式对土坝地震反应计算精度的影响。数值结果表明:当高土石坝的基频低于输入地震波主要分量的激励频率时,应重视比例阻尼矩阵的建模方式和参数的选取。

土-结构相互作用阻尼矩阵建模问题研究

首先针对土层采用瑞利阻尼假定时,对2阶频率的选取方法进行了探讨,提出了5种方式,通过土层线性地震反应的数值计算,分析了各自引起的误差;然后针对土-结构相互作用问题进行了计算,比较分析了瑞利及柯西阻尼矩阵形成过程中,频率及阻尼比的最优选取方法。发现采用瑞利阻尼时,如果频率及振型阻尼比选择的适当,精度很高,但如果所采用的频率及阻尼比选择不当,仍会带来较大误差。为便于计算,可采用近似方法对阻尼矩阵进行对角化处理,经验证精度较好。

箱梁桥阻尼矩阵的探讨

根据箱梁桥的结构特点及振动过程中的位移，由能量原理演绎出箱梁桥空间振动的阻尼矩阵，给出了阻尼矩阵的显式表达式，可供工程实际应用。

桥梁阻尼矩阵对桥梁动力响应影响的研究

以桥梁动力分析为研究对象,建立桥梁动力学方程,采用有限元的方法,运用Fortran编程研究不同参数下Rayleigh阻尼和粘滞阻尼矩阵对桥梁响应的影响。研究表明:阻尼矩阵参数的选取对桥梁动力分析影响较大,且不同的参数取值对桥梁影响有明显差异;桥梁响应与阻尼参数成反比;在阻尼值较小时,Rayleigh阻尼对桥梁动力响应影响的变化趋势更为剧烈,而粘滞阻尼影响的变化趋势较为平稳。

比例阻尼矩阵构建方法对高重力坝地震反应的影响

通过二维数值计算,讨论合理建立阻尼矩阵对高重力坝时域内进行地震反应计算的重要性。首先,以4个不同坝高的混凝土重力坝为计算对象,将三种地震波作为水平输入,解得6种不同的阻尼矩阵形式下坝体的地震反应。然后以频域内解为标准,研究各种阻尼矩阵的合理性。研究结果表明:坝高超过250 m高的重力坝在时域内进行的地震反应计算是长周期系统的动力分析问题,应重视阻尼矩阵的建模方式,不宜采用单频率参数的质量比例阻尼矩阵和刚度比例阻尼矩阵,应采用双频率参数的Rayleigh阻尼矩阵,在确定2个频率参数时除采用坝体基频外还应考虑激振地震波的频谱特性以获得合理的坝体地震反应计算结果。

关于土层地震反应分析中阻尼矩阵建模方式的讨论

阻尼矩阵的选择对土层时域内地震反应计算的准确性有重要意义。本文构造了质量比例阻尼、刚度比例阻尼、Rayleigh阻尼、Caughey阻尼和Clough阻尼矩阵,研究各阻尼对土层地震反应分析精度的影响。以苏通大桥5号桥塔基础处的工程场地为例,分别以人工合成基岩波,Northridge波、Parkfield波和汶川波为输入,得到不同阻尼模型下土层的地震反应,结果表明Clough阻尼在计算精度和误差稳定性上要优于其他阻尼模型,针对Clough阻尼的不足之处提出了改进方法,算例表明改进后的Clough阻尼能在保证计算精度的前提下减少计算机的存储量和计算量。

双向地震作用下弱连接双塔结构Rayleigh阻尼矩阵的建模问题

以一双塔式直流电压发生器为例,通过4条地震波水平单向、水平和竖直双向激励下双塔结构地震反应峰值计算结果的对比分析,研究双向地震激励下弱连接双塔结构Rayleigh阻尼矩阵的合理建模方式。研究结果表明:当结构的自振基频远低于输入地震波主要分量的激励频率时,在建立Rayleigh阻尼矩阵过程中应考虑输入地震的频谱特性的影响。在仅有水平单向地震激励时,可选用地震激励水平方向的本体塔架振动第1阶自振频率和水平地震波反应谱的峰值频率作为参数频率用于计算Rayleigh阻尼矩阵中的2个比例系数;当水平和竖直双向地震激励时,2个参数频率的选择涉及因数更为复杂,应综合考虑双塔结构的自振频率和输入地震动的特征频率的不同影响。