人行激励下梁板结构与人体耦合作用研究

对于重要的梁板结构,应该考虑人行激励下的结构振动以及人体舒适度问题。根据单步落足曲线将人体等效为具有主体部分和耦合质量的时变动力模型,并建立了梁板结构与移动人体相耦合的动力平衡方程及其解析表达式。考虑行走速度和楼板长度等因素,按耦合分析方法对人体与结构的动力响应进行了研究和比较,结果表明人体的自振频率、行走步频和速度是影响结构动力响应和人体的舒适度的重要因素,在梁板结构设计时需要充分考虑上述因素从而有效降低结构振动强度。与等效静力法和不考虑人体耦合作用的动力方法相比,本文提出的动力耦合分析方法更加全面和准确。

人群行走激励的数值模拟及动力耦合作用研究

大跨轻柔结构需要考虑人群行走激励下的结构振动响应以及人体的舒适度。根据单步落足曲线,结合影响人群行走效应的因素如人群分布、行走频率及个体生理特征等,采用随机方法模拟人群行走激励。对不同的人群倍增因子计算方法进行了比较并提出改进建议。将人群等效为具有主体部分和耦合均布质量的时变动力模型,建立了梁板结构与移动人体相耦合的动力平衡方程及其解析表达式。按随机模拟法和耦合均布质量法确定人群荷载,采用逐步积分法对人群与结构的动力响应进行了研究和比较。结果表明本文提出的分析方法准确有效。

多人-桥竖向动力相互作用研究

基于弹簧-质量-阻尼行人动力模型及欧拉梁人行桥模型建立人行桥-多人耦合系统相互作用模型。通过实验室一低频型钢混凝土人行桥模型开展多人行走试验,验证了相互作用模型的有效性和适用性。采用状态空间法求解行人过桥时系统的瞬时模态,分析了不同人群密度下人群随机行走对人行桥动力特性的影响。对人群随机行走,还分析了不同人群密度和随机步态参数(步频、上桥时距和起步相位)对结构动力响应的影响。结果表明:考虑人群-人行桥相互作用,随着桥上行人密度的增大,人行桥基频略有降低,阻尼比显著增大;结构响应并不是逐渐递增的,其中考虑步频的随机性对响应均值的影响最大。

基于加热炉多场耦合传热的板坯加热均匀性

针对某钢厂步进式加热炉建立了炉内燃烧、烟气流动、烟气和钢坯传热的全耦合三维模型,采用动网格方法模拟钢坯运动.重点分析了炉内烟气与钢坯耦合传热、钢坯温度均匀性及不同垫块结构(一字型垫块、千岛式垫块、错位梁)时钢坯温度的分布规律.研究结果表明:所提加热炉数学模型能够准确描述炉内燃烧、湍流和传热过程;垫块结构对钢坯温度分布具有决定性影响,千岛式垫块、错位梁分别能减少40%和50%的黑印温差.该数学模型解决了步进梁、钢坯、垫块和水管立柱等复杂结构的钢坯运动问题和加热炉与钢坯的共轭传热问题.

下肢助行外骨骼机器人起坐动作下的生物力学分析

探讨了下肢外骨骼起坐动作辅助过程中截瘫患者对拐杖产生大压力的原因和解决方法,通过建立人-外骨骼耦合动力学模型,将患者对拐杖的压力作为一个外力引入模型中,探究了踝关节刚度与拐杖压力的关系.为了验证踝关节刚度对减小拐杖压力的影响,设计了外骨骼起坐验证实验,通过调整AIDER下肢助行外骨骼系统踝关节的刚度,观察受试者在整个起坐动作过程中的平均能量损耗和鞋底压力中心位置变化.实验结果显示,调整踝关节刚度后受试者的平均能量损耗降低了45.18%,稳定性提高了34.99%,这表明适当的踝关节刚度可以在下肢助行外骨骼辅助的起坐动作过程中有效降低患者对拐杖的压力.