Vibration measurement and modal analysis for tunneller

In this paper, the method of vibration measurement and modal analysis for AM50 Tunneller machine is presented. When the machine was used for cutting man made coal bed and real coal bed, the vibration of the machine was measured and the results of signal analysis show that the vibration characteristics under the two kinds of working situations are similar. The modal model of the machine is established, and then, the intrinsic vibration characteristics of AM50 tunneller are investigated by means of the method of experimental modal analysis. The vibration response simulation under a set of loading spectra measured is carried out by force response simulation software.

基于现场实测反演的地铁运行诱发邻近结构振动预测

准确预测地铁运行引起的拟建结构振动具有重要的理论意义和工程应用价值。目前现场实测主要用于验证数值模拟的准确性,较少直接用于数值模型校准。为解决拟建结构振动预测难的问题,提出了基于地下室建成前地表振动实测和有限元模拟的地铁运行诱发振动频域反演预测方法。首先,开展了地下室建成前地铁运行引起的场地振动实测,然后由隧道-分层地基有限元模型计算场地振动传递函数。结合传递函数原理和地表实测反演得到振源。随后,将反演振源输入含地下室结构的有限元模型,开展振动预测分析。结果表明,预测的地下室振动与实测结果吻合良好,提出的方法可为地铁运行引起拟建结构振动的准确预测提供重要的支撑。

悬臂施工阶段大跨度拱桥抖振响应及抑振措施

为了探讨大跨度拱桥悬臂施工阶段的抖振位移响应及相应的抑振措施,以主跨400 m的中承式钢桁架拱桥为研究对象,首先建立了最大悬臂施工阶段拱桥结构的有限元模型,并基于谐波合成法模拟了三维空间脉动风场,然后采用时域分析方法计算了拱肋悬臂端和施工扣塔顶部的抖振位移响应,并利用风洞试验结果进行了对比验证,最后考察了不同抑振措施的减振效果。结果表明:在拱肋悬臂端设置竖向抗风缆能有效减小拱肋的竖向抖振位移响应;同时,设置倾角45°的扣塔抗风缆和拱肋抗风缆,可以使拱肋横桥向、竖向及扣塔横桥向、顺桥向抖振位移响应的减振率分别达到62.5%、84.8%、61.0%和62.7%。此外,采用空间交错方式和竖平面内交错方式“软连接”拱肋悬臂端,可以使拱肋横桥向、竖向及扣塔顺桥向抖振位移响应的减振率分别达到49.5%、95.7%和67.1%。以上结果证明大跨度拱桥悬臂施工期抖振减振效果与抗风措施的布设位置和方式密切相关,应合理选择适合的抗风措施。

横切割头掘进机械振动测试及模态分析

对横切割头式ＡＭ５０型掘进机切割人工煤壁和井下真实煤壁时的整机振动情况进行了系统地测试和分析，弄清了整机工作时的振动分布情况和频率特征，并通过井上、井下测试信号的对比，得出井上切割人工煤壁的动态测试能够代替井下切割真实煤壁的动态测试的结论．进而采用试验模态分析的方法对ＡＭ５０掘进机进行了振动特性研究，并在此基础上借助于计算机的力响应仿真，进行了实测工作载荷下的振动响应仿真．

列车荷载作用下地铁重叠隧道的响应分析

以深圳地铁一期工程区间近距离重叠隧道为背景,研究地铁运营期间,列车振动荷载对隧道结构的影响.首先根据车辆 轮轨模型,确定列车振动荷载.然后采用释放荷载方法模拟地铁的开挖效应,确定初始应力场,并通过对地铁结构体系进行模态分析,得到体系的振型和频率,以确定合理的阻尼系数和时间积分步长.最后运用Newmark隐式时间积分法,分别研究在上行动载、下行动载和上下交会动载3种情况下,区间近距离重叠隧道的动力响应,确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相应的位移和应力.

厂房动力特性测试及加固效果评估

介绍了对某生产厂房的动力特性现场测试和对厂房结构的模态分析及谐响应分析结果。在掌握该厂房振动规律的基础上,针对厂房结构的特点提出增设钢斜撑的方法进行加固处理。并用有限元方法进行了计算分析和加固效果评估。

大跨圆拱屋盖结构的风致响应分析

大跨屋盖特征值问题的求解是结构动力响应分析中最繁琐的一个环节 ,而且一些对结构响应贡献较大的高阶模态容易在传统的模态叠加法中被忽略。本文以典型的大跨圆拱屋盖为例 ,将里兹向量直接叠加法应用于屋盖系统特征值问题计算和风致响应分析 ,其特点是在误差逼近的基础上自动生成一组正交的里兹向量并用于缩减系统自由度数。与传统模态叠加法算得的结果相比 ,里兹向量直接叠加法只用很少数目的向量就可以得到较精确的结果 ,而且高阶模态的贡献不会被忽略。该方法不仅大幅度地减少了机时 ,而且提供了动力分析的误差估计。

基于弹性车体模型的高速客车动态响应

为了在动力学仿真模型中考虑车体的弹性,使仿真计算结果更接近实际,并为车体轻量化提供理论基础,建立了基于车体弹性和刚性的高速客车非线性动力学模型,分析了车体弹性振动对运行平稳性的影响。通过该车的整车滚振试验台试验,对动态响应的仿真计算结果进行了试验验证。车辆一阶垂向弯曲自振频率对车辆心盘和车体中心测点的平稳性指标影响曲线表明:在车体中心点,两个模型的平稳性指标差异较大,客车运行速度的提高使车体弹性对车体响应的影响加大,因此对采用铝合金等轻型材料的高速客车车体,设计中必须提高车体的一阶垂向弯曲频率。

桥梁结构损伤的振动模态检测

首先介绍了桥梁结构损伤检测的振动模态方法的原理及其４ 个要素。总结了用模态参数（固有频率、阻尼比及位移振型）进行损伤检测评估的困难，进而阐述应变模态测量的原理及其用于桥梁结构损伤检测时，相对于位移模态的优势。由于应变模态方法应用于实桥检测受到传统应变测量手段的制约，本文最后提出了一种通过相邻点振动位移的测量，推估桥梁在动载作用下的应力状态，进行实桥损伤检测的途径，并推荐一种新型低频高灵敏度传感器作为位移测量用传感器。

沉管隧道结构有限元建模及模型有效性研究

对不同的沉管隧道结构建模方法进行对比,研究采用两种不同类型的单元对沉管隧道结构计算模型有效性的影响,并通过试验进行验证。结果证明采用板壳单元进行建模时可得到较高精度的结果。结论可用于结构和周围介质较为复杂的沉管隧道这类大型地下工程动力特性分析与计算,将有效提高计算结果的准确性和效率。

侵彻弹体结构纵向振动频率特性分析

加速度传感器测试弹体加速度历程时,测试结果包含由于目标阻碍导致弹体减速的过载加速度和弹体结构振动引起的加速度。通过将弹体简化为均匀的长直圆杆,从理论上分析弹体纵向振动的频率特性。利用ANSYS建立了弹体有限元模型,通过模态分析得到了弹体纵向振动对应的固有频率及固有振型,并对弹体进行谐响应分析,一阶纵向振动固有频率的理论值、模态分析与谐响应分析的模拟结果都在1 200 Hz。利用Fourier变换和小波分析,对加速度传感器测试数据的频率特性进行了分析,Fourier变换得到的信号功率谱峰值在1 114Hz,与理论计算结果、模拟结果都能较好吻合。

掘进机井下工作振动特性分析

通过获取某悬臂式掘进机实际工况下的振动信号,对掘进机关键部位如截割臂和回转台的振动强度进行了统计;结合掘进机工作参数,分析了振动信号的频率结构;基于时频域分析,根据瞬时振动频率对应的振动强度的变化,总结某些工作时段截割臂和回转台振动信号中呈现的有别于工作频率的典型瞬时频率,讨论了利用大量振动数据中包含的典型瞬时响应频率开展掘进机关键部位工作模态识别研究的可能性。

大型振动设备振动测试及模态分析系统

大型振动设备振动测试及模态分析系统包括数据采集、信号分析和模态分析三部分,可得到振动设备的固有频率、阻尼比和模态振形,能够为设备的运行质量提供客观的标准。

数控弧齿铣齿机的切削动力学研究

以一台数控弧齿铣齿机为例,分析了机床结构及其受力特点,结果表明,切削分力的大小和方向在从切入到切出的过程中变化很大,造成了铣齿过程的不稳定。通过测量刀具和工件间相对激振的频率响应曲线,分析出机床结构存在两个薄弱模态对应的模态频率。试验模态分析和机床结构有限元计算均验证了结构薄弱模态的存在,并得到了相应的振型特点。谐响应分析表明,机床每一切齿走刀过程的切入和切出期间,不同大小和方向的切削力激发了机床结构相应的薄弱模态。机床的自激振动试验验证了谐响应分析的结果,并得到了稳定的切削区间。

TBM刀盘系统动态特性及参数影响

隧道掘进机刀盘在掘进过程中承受高强度冲击载荷,振动十分剧烈,导致关键构件过早损伤失效,有必要在设计阶段研究刀盘系统的振动特性及其参数影响。为此,在已有TBM刀盘系统多自由度耦合动力学模型的基础上,通过求解各阶固有频率和振型,得到各构件的模态能量分布,进一步区分各阶模态振型,识别模态敏感参数,并分析了敏感参数对前10阶频率的影响。研究结果表明,刀盘系统模态振动主要集中在中间阶,且纯扭转振型对应的固有频率为57 Hz;模态能量能够区分各阶振型,且和常规的振型分析结论一致;第2～10阶固有频率主要受小齿轮转动惯量和输入端扭转刚度的影响,且这两个值分别取原始方案的1.1倍和1.3倍时,系统振动特性较稳定。

往复式压缩机管线振动数值分析

对往复式压缩机出口管线振动原因进行分析可知,管系的固有频率与机器的激发频率相近时产生共振是管线振动的原因之一。本文利用有限元分析软件对管系的固有频率进行分析,验证了当固有频率落在管系的激发频率附近时,将会引起管系结构的共振。并对不同的减振措施进行比较,对实际工程具有重要的指导意义。

爆破地震作用下建筑物振动响应研究

以地铁隧道爆破工程为背景,通过现场试验结合数值分析技术研究28层框架剪力墙结构的总体动力响应。现场试验采用爆破振动监测结合自然激励测试,运用Ibrahim时域(ITD)方法对结构模态频率、模态阻尼比进行识别,为进一步分析其振动响应规律提供依据。将结构简化为质阻弹模型,以试验所识别的模态参数为依据,修正质阻弹模型的刚度矩阵和阻尼矩阵并建立动力微分方程,计算得到建筑物弯曲振动各阶模态参数。根据质阻弹模型的动力微分方程建立Simulink动力仿真模型。以爆破振动速度信号为激励,分析高层建筑在隧道爆破地震作用下总体振动响应规律。结果表明:1)在地铁隧道爆破震动作用下,高层建筑振动响应速度信号中的竖向振动最大、纵向振动次之、切向振动最小,较高楼层位的切向振动速度和纵向振动速度相差不大; 2)高层建筑振速峰值随楼层升高呈波动型变化的趋势与主振模态振型有关,即建筑物振动形态与主振模态振型关系较大,在测试中体现在振速峰值分布上; 3)将建筑物简化为质阻弹物理模型并写出其动力反应的数学模型,进而建立Simulink仿真模型进行仿真计算,可以有效预测爆破震动作用下建筑物的响应。

大型冷却塔自振频率估算方法及拟合优度分析

自振频率是评估结构动态变形和受力性能的关键因素,现有冷却塔结构自振频率主要基于有限元分析手段,缺乏简单有效的冷却塔自振频率估算公式.为解决该问题,以国内某179 m高的大型冷却塔为基准塔,首先通过改变结构典型参数获得基准塔的38个模型并进行动力特性分析,同时提炼出基频频率随结构参数的变化规律;然后采用拉丁超立方抽样法进行结构自振频率参数的敏感性分析,获取了不同阶数下各参数的敏感因子.在此基础上,创新性地拟合提出考虑敏感因子权重值的多参数的基频实用估算公式.最后,选择国内8座典型塔高和塔型的冷却塔进行现场测试,采用不同模态识别方法获得冷却塔前10阶自振频率,进行了实测冷却塔结构参数的拟合优度分析.研究表明:自振频率对冷却塔高度最为敏感,其敏感因子显著大于其它参数的敏感因子;实测塔计算结果验证了基频实用估算公式的有效性,基频拟合优度最大值为0.996,其中各目标塔拟合优度的均值和均方差分别为0.948和0.047.误差分析表明本文提出的自振频率估算公式精度高、稳定性好.

通廊转运站结构减振分析

介绍了某通廊转运站为减振所采用的增设钢支撑的加固方式,用有限元方法对其进行了动力分析,并进行了实际测试以及加固效果评估。

空间钢网架结构力学性能的试验研究

当前有关空间钢网架结构安全性能的检测试验资料明显不足。文中以某实际空间钢网架结构为研究对象,对其进行了较系统的静动力试验和有限元分析。试验测试时将网架区划为9个带状单元,在每个单元的最大挠度位置进行了逐级加载的静力试验和0 kN、40kN两种配重条件下网架整体结构的振动测试,获得了表征网架变形性能的刚度值和网架前三阶竖向弯曲振动频率,依据试验结果对该网架的力学特点进行了分析。由于理论简化与实际工程的差别,导致有限元分析结果与实测结果误差较大,但有限元分析结果可用于试验模态的辅助判断。文中对网架试验的单元区划、数据采集方法和试验数据的处理过程均作了详细说明,可为网架结构检测试验法的深入研究提供参考。