大跨斜拉桥Rayleigh阻尼系数约束优化解

进行大跨桥梁地震反应分析时以结构位移反应峰值误差为目标函数,建立求解Rayleigh阻尼系数的优化分析方法。考虑基频模态为结构动力反应的最显著贡献模态,以基频模态阻尼比等于精确值为约束条件,形成求解Rayleigh阻尼系数的约束优化方程;以840 m长斜拉桥为例分析Rayleigh阻尼系数随优化计算模态数及参考自由度变化规律。与传统Rayleigh阻尼比较,讨论不同阻尼模型对结构位移、内力计算误差。数值计算结果表明,该方法可有效降低位移、内力计算误差,避免人为选择参考频率所致任意性,适合工程结构计算与分析。     

土-结构相互作用对储液结构动力反应的影响研究

该文建立了考虑土-结构动力相互作用和流固耦合效应的储液结构-土体近场有限元模型,利用人工边界技术模拟半无限地基的波动辐射效应,采用人工边界子结构法实现地震波在近场模型中的输入,在此基础上,研究了土-结构动力相互作用对储液结构地震反应的影响。研究结果表明,考虑土-结构相互作用时,储液结构-液体耦联自振频率整体向低频方向移动,且与不考虑土-结构相互作用的模型相比,出现了额外的有土体参与的自振模态。受地震波频谱成分和储液结构自振频率变化的影响,在不同输入地震波和储液量下,土-结构相互作用对结构地震反应峰值呈现不同的影响规律。对于峰值地震反应过后的后续波动,当考虑土-结构相互作用时,由于下部土体与结构相互作用产生的散射波不断向外部辐射扩散,并最终被人工边界吸收,导致储液结构及其内部水体的振动幅值快速衰减。     

土-箱基-框架结构动力相互作用大比例模型野外试验研究

通过野外大比例(1∶2)结构模型动力试验,研究了土与箱基及框架结构动力相互作用。分别用脉动和牵引释放法测试了试验模型的自振频率及阻尼比,通过三维有限元计算理论值与现场实测值的对比发现,考虑土-结构动力相互作用(SSI)时模型自振频率比不考虑SSI作用时模型第一阶自振频率最大降低8.5%。从牵引释放试验中基础测点和地面测点速度频谱对比可以发现,地面测点振动以纵向运动为主,并且与土体特征频率接近的高频分量得到加强。由近场地面爆破振动试验可知,对于高柔框架结构,其顶部速度反应主要是由基础转动引起的摇摆分量组成,上部结构弹性变形次之,基础平动分量最小。试验为进一步研究具有埋置基础的土-结构动力相互作用提供了计算实例和丰富的试验对比数据。     

基于动力特性的混合结构地震响应复模态叠加法

混合结构由不同阻尼特性的材料组成,确定其阻尼矩阵存在困难。分块Rayleigh阻尼模型由于数学上的简易性,被广泛用于构建混合结构的阻尼矩阵,但分块Rayleigh阻尼模型的计算精度与参考频率的选择方法直接相关。针对参考频率的选择问题,依据结构动力响应的组成和特点,提出了一种确定Rayleigh阻尼系数的计算方法,进而实现基于分块Rayleigh阻尼模型的复模态叠加法。求解结构的瞬态反应时,根据结构前两阶振型的自振频率确定阻尼系数;求解结构的稳态反应时,选择结构的基频、与外激励频率接近的结构自振频率确定阻尼系数。依据地震波的频谱特性,提出了基于地震波卓越频率的分块Rayleigh阻尼模型,并结合地震加速度的分段线性假定,建立了混合结构的复模态叠加法。在此基础上,利用三角级数展开得到组成地震波的谐波频率,进一步提出了基于谐波频率的分块Rayleigh阻尼模型和对应的复模态叠加法。算例分析结果表明:所提方法误差更小,且克服了传统方法因振型选择不唯一导致的计算结果具有不确定性的问题;与基于地震波卓越频率的复模态叠加法相比,基于谐波频率的复模态叠加法计算量更大,但计算精度更高、适用范围更广。     

Rayleigh阻尼系数解法比较及对结构地震反应影响

Rayleigh阻尼是一种广泛采用的正交阻尼模型。针对一个直径90m,高15m的穹顶结构,分析比较了四种方法(传统方法、最小二乘法、基于多参考振型的加权最小二乘法和基于结构位移峰值误差优化法)所得Rayleigh阻尼系数对结构地震反应计算精度的影响。四条地震波的分析结果表明:基于结构位移峰值误差的优化方法对于结构位移等以低阶模态控制的动力反应量计算精度最高;传统方法存在选择合适第二阶参考频率的难题;而最小二乘法不是计算Rayleigh阻尼系数的合理方法。当结构的显著贡献模态多且不同动力反应相关显著贡献模态的频率有巨大差异时,Rayleigh阻尼模型将无法构造兼顾低阶模态和高阶模态计算精度的阻尼矩阵,此时需要采用更多阶模态的阻尼比等于精确值的阻尼矩阵构造方法。     

环境激励下冷却塔结构模态测试与阻尼比特性研究

现行冷却塔结构阻尼比均借鉴荷载规范中钢筋混凝土的5%取值,考虑到冷却塔结构自身构型和材料属性,在理论上其真实阻尼比应小于规范值;阻尼比作为风与地震动力分析的重要输入参数,其取值大小将直接影响冷却塔抗风及抗震安全性,然而,现阶段国内外均缺乏大型冷却塔的现场实测和阻尼比取值研究。选取国内8座典型塔高和塔型的冷却塔进行现场测试,获取了环境激励下塔筒典型部位的加速度响应振动信号。首先采用随机减量法和自然激励技术对实测信号进行预处理,然后结合ARMA,ITD和STD三种模态识别方法获得冷却塔前10阶结构自振频率和阻尼比,并将实测值与有限元结果进行对比和误差分析,再借鉴振型组合的思路推荐了8座测试塔的等效综合阻尼比,最后给出了以基频为目标函数的前10阶模态阻尼比和等效综合阻尼比的估算公式。研究表明,8座冷却塔实测频率与有限元分析结果较为一致,基频最大相差为4.4%;阻尼比识别结果分布较为离散,前10阶模态阻尼比最大为2.86%;8座测试塔的综合等效阻尼比范围均在1.13%-2.16%,误差分析结果表明本文提出的阻尼比拟合公式精度高、稳定性好。     

复杂阻尼结构阻尼模型研究

复杂结构动力分析过程中,阻尼比的计算显得非常重要。由于复杂结构的阻尼模型具有特殊性,对如何确定阻尼比等参数,至今没有较好的理论和方法。针对由多种不同阻尼特性材料建造的复杂结构,提出了一种基于换算模态阻尼比的阻尼模型。通过复阻尼理论和模态应变能法,推导了换算模阻尼比,并得到了换算模态阻尼比与各种材料阻尼比之间的关系。将所提出的方法应用于工程结构,该方法计算的动力响应与结构瑞雷阻尼法相比,其精度更高,接近于单元阻尼比法的结果。由于其方法简单、物理意义明确,在复杂结构动力分析中具有广泛的应用前景。     

非线性土中单桩竖向动力特性分析

在Novak边界层模型基础上,将桩周土分为非线性粘弹性内域和线性粘弹性外域,采用随内域平均应变减小的剪切模量和增长的材料迟滞阻尼比近似考虑内域的非线性粘弹性,采用等效线性方法对端承桩与三维土层的竖向耦合振动进行了研究,得到了非线性土中单桩竖向动力阻抗函数。对动力特性进行算例分析,讨论了内域土非线性、桩长细比、桩-土刚度关系和密度比、材料阻尼、激振荷载幅值等因素对非线性土中单桩竖向动刚度和阻尼的影响,对进一步研究桩-土-结构动力相互作用机理具有理论价值和实践意义。     

减隔震连续梁桥非经典阻尼问题与地震响应简化分析

针对减隔震连续梁桥地震响应简化分析面临的非经典阻尼问题,以铅芯橡胶支座为例,对比直接积分结果与强迫解耦后的模态时程结果以研究非经典阻尼的影响,并利用线性滞回阻尼特性建立由减隔震装置等效阻尼比计算结构模态阻尼比的方法,在此基础上采用基于反应谱的简化方法计算地震响应,并与非线性时程结果进行比较.分析结果表明:减隔震装置产生的集中阻尼改变结构整体阻尼分布特性,非经典阻尼对结构地震响应的贡献随等效模态阻尼比增加而增大;将减隔震装置等效线性化后,再用反应谱方法按等效线性模型计算结构的地震响应,所得桥墩内力和主梁位移都不一定是可能的最大值,计算结果偏于不安全.     

均布人群对简支欧拉梁动力特性的影响

研究了作用在梁上的均匀分布人群对梁的动力特性的影响.将人群简化为均匀分布的弹性质量模型,考察了无阻尼的弹性质量和有阻尼的弹性质量两种模型对简支欧拉梁的动力特性的影响,得到了人群和梁耦合系统的频率和阻尼的解析表达式.并以此研究了分布质量与梁的质量之比对梁的频率和阻尼比的影响,得到了人群对结构动力特性影响的定性规律.结果表明:耦合系统在人体振动基频处分支出一系列的振动频率,并且当分布人群质量与结构质量之比达到一定程度时,均布的人群会对梁的振动特性产生显著的影响,明显改变梁的自振频率,显著提高梁振动的阻尼比.最后研究了梁的振动频率对人群-梁耦合系统阻尼比的影响.     

人体-结构系统静态耦合的模态参数

摘要：静态人体与结构之间的相互作用称为人体-结构系统的静态耦合。通过建立人体-结构系统的静态耦合运动方程,确定了系统的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。采用状态空间法求解其特征方程,得到了系统的频率和阻尼比,研究了人体与结构的质量比、频率比、阻尼比、人位于结构上的位置等参数对系统动力特性的影响。结果表明：人体既可以降低结构的频率,也会增加结构的频率;同时,人体既可以增加结构的阻尼,也会降低结构的阻尼;影响人体-结构系统频率的主要因素是人与结构的质量比、频率比、人位于结构上的位置,而人体的阻尼比对频率的影响较小。最后,通过简支梁振动试验,验证了分析模型的正确性。试验表明,不同姿态下的人体具有不同的动力特性,其对结构动力特性的影响也不同。     

广州新电视塔不同激励下动力特性监测

广州新电视塔结构健康监测系统监测到结构建成后不同激励（包括台风激励,地震激励和一般风荷载激励）下结构的动态响应特性。首先,比较了在不同激励下结构的加速度时程响应和功率谱密度。然后,利用加速度响应数据进行模态分析并比较了在不同激励下结构的模态参数（包括频率、振型和阻尼比）。最后,利用希尔伯特-黄变换获得结构在不同激励下的瞬时频率和结构响应能量分布,并与小波变换的结果相比较。结果可为了解超高层建筑在不同激励下的动力特性提供参考     

运行状态风力机地震响应的解耦分析方法

对于运行状态的风力发电机,其地震响应涉及风荷载与地震的联合激励。为建立风-地震共同作用下风力机动力响应的解耦分析方法,该文基于最小二乘法,建立水平轴风力机模态气动阻尼比简化模型;将叶轮气动阻力以等效阻尼比施加于支撑结构,形成风力机地震响应的解耦分析方法,与耦合方法模拟结果进行比较,验证解耦方法的可靠性。结果表明:双线性模型能够准确模拟风力机模态气动阻尼比随轮毂高度处10 min平均风速变化的规律,解耦方法得到的风力机塔顶加速度和塔底弯矩峰值与耦合方法所得结果的误差不超过15%,同时,解耦方法的计算效率也高于耦合方法。     

冰箱压缩机机壳实验模态分析

采用锤击脉冲激励法,对某型号冰箱压缩机机壳进行了实验模态分析,识别了整机壳体的各阶固有频率(1 KHz-4 KHz)、阻尼和模态振型等参数,获得整机壳体的固有振动特性。并以实验模态分析为基础,研究整机壳体的结构动态特性,实验模态分析结果表明:压缩机壳体模态振型以内外扩张振动为主,封闭壳体的固有振动特性是压缩机噪声辐射的主要原因。实验模态分析的结果可为压缩机减振和降噪设计提供参考依据。     

结构-地基动力相互作用的实时耦联动力试验

振动台试验中如何考虑无限地基辐射阻尼是结构动力试验中的一个难题.该文采用实时耦联动力试验(RTDHT)方法,在试验系统的数值子结构中引入地基集总参数模型,将地基的数值模型计算与结构的物理模型试验实时耦联,从而实现了考虑结构-地基动力相互作用(SSI)的结构振动台动力试验.利用该方法,对一个双层结构考虑结构-地基动力相互...     

直接确定Rayleigh阻尼系数的一种优化方法

为避免构造Rayleigh阻尼矩阵过程中选择两阶参考振动模态的任意性,提出了一种直接确定Rayleigh阻尼系数的优化求解方法。在该方法中,利用输入时程的位移反应谱和模态分析结果,以结构某一动力反应的峰值误差构造目标函数,使目标函数取最小值即可得到Rayleigh阻尼系数的优化解。随后,以一栋5层剪切型建筑的谐振反应为例,系统研究了结构动力特性、激励空间分布和频谱特性对Rayleigh阻尼系数的影响。同时,验证所提方法的精度与有效性。     

约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究

约束阻尼结构可在较宽的频带范围内抑制结构的振动,已在机械和交通等领域广泛应用。本文采用多输入多输出（MIMO）的锤击法,对一种约束阻尼板进行模态实验,参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼。通过模态实验和有限元结果的相互对比,验证了模态测试结果的可靠性。在此基础上,对敷设粘弹性阻尼的悬臂板结构进行了阻尼特性的研究,讨论了材料参数和结构参数对模态阻尼的影响,为结构的减振降噪及优化设计提供依据。     

Flexibility-based structural damage identification using Gauss–Newton method

Structural damage will change the dynamic characteristics, including natural frequencies, modal shapes, damping ratios and modal flexibility matrix of the structure. Modal flexibility matrix is a function of natural frequencies and mode shapes and can be used for structural damage detection and health monitoring. In this paper, experimental modal flexibility matrix is obtained from the first few lower measured natural frequencies and incomplete modal shapes. The optimization problem is then constructed by minimizing Frobenius norm of the change of flexibility matrix. Gauss–Newton method is used to solve the optimization problem, where the sensitivity of flexibility matrix with respect to structural parameters is calculated iteratively by only using the first few lower modes. The optimal solution corresponds to structural parameters which can be used to identify damage sites and extent. Numerical results show that flexibility-based method can be successfully applied to identify the damage elements and is robust to measurement noise.