六参数实用黏弹性阻尼结构基于Davenport风谱风振响应的复模态法

针对六参数实用黏弹性阻尼耗能结构,基于Davenport风速谱系列响应问题进行了系统的研究.首先,利用六参数黏弹性阻尼器的微分型本构关系,建立了耗能结构基于Davenport风速谱激励下的运动方程;然后,运用复模态法将耗能结构的运动方程由二阶微分方程转化为一阶方程,获得了耗能结构系统对风振激励响应的频域解和功率谱密度函数表达式;最后,利用数学恒等式,基于随机振动理论获得了耗能结构系统在Davenport风速谱激励下的响应和阻尼器受力的解析解.该文方法不仅考虑了结构系统在风振激励作用下全振型展开的结果,表达式较现有结果更为简便,效率及精度更高,且适用于非经典阻尼结构.

带支撑广义Maxwell粘弹性阻尼耗能结构风振响应分析

工程中粘弹性阻尼器的安装通过支撑与结构进行连接,但在安装粘弹性阻尼器的耗能结构随机响应分析中,为了简化计算过程,将支撑的刚度看作无穷大或者忽略支撑刚度的影响。实际上,对支撑刚度的影响加以考虑更能符合工程实际。针对考虑支撑刚度影响的粘弹性阻尼耗能结构风振响应分析过程复杂的问题,提出了一种求解考虑支撑影响的广义Maxwell粘弹性阻尼耗能结构基于Davenport谱风振响应的简明解析解法。在广义Maxwell粘弹性阻尼器微分型本构模型基础上,给出了考虑支撑刚度的粘弹性阻尼器等效本构关系。将粘弹性阻尼器等效本构关系与结构运动方程联立,采用复模态法将其解耦,获得结构风振响应的统一表达式。将耗能结构在Davenport风速谱下的系列响应功率谱密度函数分解为频域响应函数与Davenport功率谱密度函数的乘积形式,基于随机振动理论中谱矩的定义,对响应功率谱密度函数积分后获得无积分项的系列响应谱矩表达式。在算例中通过与虚拟激励法计算结果对比,验证了所提解法的准确性,并分析了支撑刚度在耗能系统中的影响。

随机脉动风场作用下输电塔线体系的动力响应分析

输电杆塔及塔线体系(简称塔线体系)是整个电力系统中输电环节的核心部分,沿海地区的强风对塔线体系有着重要影响。为研究在随机脉动风场作用下塔线体系的动力响应特性,文中以广东某地区的1W2C9型鼓型自立式输电杆塔为研究对象,建立输电杆塔的单塔及一塔两线的塔线耦联有限元模型,结合Davenport风速谱与四阶自回归法模拟具有空间相关性的单塔9节点及塔线体系49节点的脉动风场,研究在此脉动风场下的单塔及塔线体系的动力响应,并探究不同风向角对其动力响应的影响。研究结果表明:单塔及塔线体系的动力响应最大值大于其拟静力响应;由于塔线耦联效应的存在,输电线会增加塔线体系的稳定性,降低其动力响应;90°是输电杆塔单塔及塔线体系动力响应的最不利风向角。

基于Davenport谱风机叶片旋转状态下的应力分析

为了确保风力机叶片安全可靠运行,对其进行了旋转工况下的应力分析.以UG建立的叶片实体模型为研究对象,运用更加贴近实际工况的Davenport风谱建立了近海风场,利用Newmark法求解了结构运动方程,并在与文献试验结果对比的基础上,数值模拟了叶片应力分布.研究结果表明,风力机叶片的位移响应与应力响应幅值均随来流风速的增加而增加,旋转速度和来流风速均对叶片在相对弦长和相对翼展方向上的最大mises应力变化趋势有明显影响,该结果可以为风力机叶片优化设计提供参考.

基于弯剪梁模型和Von Karman风速谱的高层建筑风振系数实用算法

为使风振系数计算中采用的振型函数更符合高层建筑振型特点且易于计算,采用基于弯剪梁模型的高层建筑基本振型简化算式,同时采用Von Karman与高度有关的风速谱模型和Davenport与频率有关的空间相关性模型,建立高层建筑风振系数计算的实用算式,并通过算例与我国现行荷载规范中的风振系数算式进行比较。结果表明,该方法考虑了不同高层建筑振型的特点,既提高了计算精度,简单实用,又便于与国际主流荷载规范接轨。

相邻结构间设置黏弹性阻尼器的风荷载响应分析

在两相邻结构间设置黏弹性阻尼器能够有效降低结构在风荷载下的动力响应。选取广义Maxwell模型为黏弹性阻尼器计算模型,提出了一种相邻结构间设置黏弹性阻尼器的耗能减振结构风振响应的解析解法。首先,根据广义Maxwell黏弹性阻尼器构造图推导出微分型本构关系,并将其与两相邻结构的运动方程组进行耦合;其次,运用复模态法将相邻结构的响应(位移、速度、层间位移和层间速度)表示为一阶线性方程组合,并基于虚拟激励法获得上述响应的统一形式的频域解;然后,基于频响函数二次分解法,获得了基于Davenport的风速谱,并考虑空间相关性结构响应方差的解析解;最后,通过算例与虚拟激励法计算结果对比验证了所提方法的正确性,并分析了阻尼器在相邻结构风振控制中的减振效果。

脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究

功率谱密度函数是随机过程在频域内的重要特征量,但由于其本质上是平稳过程的频域数值特征,致使其很难全面反映原始随机过程的概率信息,这就需要从更本源的意义上考察随机过程。本文试图从Fourier随机函数的角度反映随机过程,将经典的功率谱密度函数中具有物理意义的可测变量看作随机变量,利用功率谱与Fourier幅值谱的关系,定义了随机Fourier幅值谱;以Davenport谱为例,证实当地面粗糙度服从对数正态分布、10m高度基本风速服从极值Ⅰ型分布时,可通过功率谱构造具有物理意义的随机Fourier幅值谱。通过实测风速Fourier谱与随机Fourier幅值谱的比较,证明随机Fourier幅值谱的概念具有合理性。

脉动风的概率统计及最大统计风速研究

脉动风周期与结构的自振周期较接近,是引起结构振动的主要因素。根据Davenpot风速谱、Wiener-Khintchine、Shinozuka定理模拟脉动风时程曲线;使用Monte-Carlo法、MATLAB软件大量重复地进行脉动风时程模拟。主要研究了脉动风的概率分布及最大统计风速。研究结果表明:20*104次脉动风的模拟结果能够代表其整体概率分布;脉动风以平均风为基准波动,与自然风理论吻合。脉动风速服从正态分布,记做。风速在[-2.5,2.5]m/s、风压在[-40,40]Pa发生的概率为99.9%,且绝对值越小,发生的概率越大。随着模拟次数的增加最大统计风速的值越大,增幅越小。

考虑裁切线的张拉膜结构水平风荷载响应分析

张拉膜结构作为一种通过对钢索和膜面直接施加预拉力使其具有足够的刚度,以承担外部荷载的稳定结构,索和膜均只受拉。膜结构对风荷载极为敏感,且膜裁剪是膜结构施工必不可少的环节,经过裁剪后的膜结构抗风性能分析成为至关重要环节。选取规范中静力风荷载和动力风荷载,采用Davenport谱脉动风模型,以常见马鞍形张拉膜结构为例,结合裁剪前后相同位置点的荷载响应,说明裁切线影响了膜结构的承载能力,该研究对膜结构设计和应用具有一定参考价值。

基于ARMA模型的海上风机随机风场模拟

为分析风荷载作用下的海上风机结构动力响应特性,提出采用数值仿真的方法模拟其空间域内的随机风场。利用MATLAB软件编制基于ARMA(autoregressive moving average)模型的脉动风速时程模拟程序,并嵌入AIC(Akaike’s information theoretic)准则以判定ARMA模型的最优阶数,最终,针对江苏黄海某海上风机项目进行数值仿真分析,将模拟脉动风速功率谱与目标Davenport谱进行对比。计算结果表明:根据AIC准则确定的ARMA模型最优阶数可兼顾模型模拟精度和计算成本;模拟脉动风速时程功率谱函数在0.3 Hz以下的低频区间波动较大,与目标谱函数存在一定差距,在中高频段两者规律差距较小,整体模拟精度较高。