波形钢腹板PC简支箱梁桥的扭转振动频率分析

为精确计算波形钢腹板预应力混凝土(prestressed concrete,简称PC)简支箱梁桥的扭转振动频率,在考虑箱梁自由扭转扭矩与约束扭转扭矩的基础上,运用D′Alembert原理推导了波形钢腹板PC箱梁桥的扭转振动频率方程,给出了与该桥型扭转振动频率求解相关的极惯性矩、扭转常数及扇形惯性矩的计算方法,并根据简支梁的边界条件求得了该桥型扭转振动频率的计算公式。制作了波形钢腹板PC简支试验梁,对其进行了动力特性测试获得自振频率和振型,在建立试验梁的ANSYS有限元模型时提出波形钢腹板与混凝土翼板实现刚性连接的方法,结合试验梁的实测值和有限元计算值验证了波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率计算公式的正确性。分析了自由扭转扭矩和约束扭转扭矩单独作用时对波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率的影响,研究表明,约束扭转扭矩对其扭转振动频率的影响较大,而自由扭转扭矩对其扭转振动频率的影响很小。     

波形腹板钢箱‑混凝土组合梁桥的自振特性分析

为了获得波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥振动频率的简化计算方法,首先,在综合考虑箱梁的剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形效应的基础上,运用势能驻值原理推导出波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的单元刚度矩阵;其次,根据所推导的单元刚度矩阵和单元质量矩阵,采用Matlab软件编写波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥振动频率计算的求解程序;最后,对振动频率求解程序的收敛速度和计算效率进行了分析。研究结果表明:振动频率求解程序所得的频率值与ANSYS空间有限元值和实测值吻合良好;采用振动频率求解程序计算频率时只需较少的单元数量,即可达到较高的计算精度;大大缩短了振动频率求解的计算时间,提高了计算效率,避免了ANSYS空间有限元模型建立和求解的复杂性,为工程中该类桥型自振特性分析提供了一种简便方法。     

波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的动力特性分析

为计算波形腹板钢箱?混凝土组合梁桥的弯曲自振频率,以兰州景中高速机场连接线的某座装配式波形腹板钢箱?混凝土组合梁桥为工程背景,采用有限元数值模拟和现场试验的方法对其动力性能进行了研究。首先,运用ANSYS软件建立了波形腹板钢箱?混凝土组合梁桥的有限元模型,模型的正确性得到了现场试验的验证;其次,分析了该桥在不同参数影响下自振频率和振型的变化规律。结果表明：使用本研究建模方法建立的有限元模型可以精确地模拟实际桥梁结构;相较于K型和方钢型横联,工字钢型横联可以更好地提高桥梁的整体刚度;横隔板间距在规范要求的范围内对桥梁自振频率的影响较小;波形钢腹板的厚度对桥梁扭转自振频率影响较大,其次是弯曲自振频率;弯曲自振频率拟合公式计算值与ANSYS计算值的差值在0.23%~1.89%不等,精度较高。研究结果可为该型桥动力特性分析提供参考依据。     

多阶梯厚圆盘横向弯曲耦合的振动特性

实际应用中为获得大辐射声功率,通常采用多阶梯圆盘作为辐射体。从声学工程应用角度,基于Mindlin厚板理论结合边界条件和位移、转角、剪力和弯矩等连续性条件,推导了自由、固定、简支三种不同边界条件下的多阶梯厚圆盘的弯曲振动频率方程,利用数值计算法和有限元法对多阶梯厚圆盘振动特性和频率特性进行研究并进行实验测试,结果表明自由、固定、简支三种不同边界条件下厚板理论计算结果比薄板理论计算结果更精确,理论计算结果与有限元模拟结果及实验测试基本一致;各结构参数与材料参数对系统振动频率影响不同,随圆盘高度和基底高度的增加系统弯曲振动频率而增加,相比而言基底高度对频率影响较大;各部分材料的弹性模量对多阶梯厚圆盘的频率影响最大,研究结果为大功率弯曲振动辐射器的设计提供理论参考和频率调试依据。     

节段预制波形钢腹板组合梁桥吊装期力学性能研究

为探明节段预制波形钢腹板组合梁桥吊装期力学性能，以南京长江五桥为例，利用ABAQUS建立精细化实体有限元模型，分析吊点数量、位置及临时横撑，对波形钢腹板节段梁吊装期受力性能的影响。结果表明：为满足结构线形和应力要求，波形钢腹板节段梁吊装宜采用4吊点布置；波形钢腹板节段梁吊装过程中，混凝土桥面板相对变形较大，应在混凝土顶底板之间设置临时刚性骨架支撑，防止吊装过程中因箱梁变形过大而增加节段拼装难度。     

波形腹板钢箱组合梁竖向弯曲振动特性

综合考虑剪切变形、剪滞翘曲应力自平衡、转动惯量和腹板褶皱效应的影响，对组合箱梁上、下翼板和悬臂板设立2个不同的剪滞转角差函数，基于能量变分法和Hamilton原理建立该类结构的弹性控制微分方程和自然边界条件，获得相应广义位移的闭合解。通过模型实测值和ANSYS空间有限元值验证了该闭合解的可靠性，并分析了宽跨比对组合箱梁竖向弯曲振动特性的影响。研究结果表明：与剪力滞效应相比，剪切变形对组合箱梁抗弯刚度的影响更大，第4阶自振频率差值达到27.623%；结构跨中横截面上各点动应力幅值的分布特点与其静力分析结果类似，荷载作用频率对组合箱梁的动剪力滞系数的影响小于3.52%；剪力滞效应对简支组合箱梁翼板动应力幅值的影响随宽跨比的增大而变大，翘曲应力自平衡的影响亦随之增大；翘曲应力自平衡对结构自振频率的贡献值小于5%，但对翼板动应力幅值的影响可达9.4%以上。     

纯弯曲状态下开圆孔蜂窝梁腹板局部稳定性研究

针对国内尚无蜂窝梁相关规范且国内学者对蜂窝梁在纯弯曲状态下稳定性的研究较少的实际情况,本文主要对开圆孔蜂窝梁在纯弯曲状态下的腹板局部稳定性进行研究,采用有限元软件ABAQUS对腹板开圆孔蜂窝梁进行纯弯分析,因无计算蜂窝梁刚度的相关规范,故以实腹梁刚度计算公式为基础,并根据有限元软件分析结果反算蜂窝梁侧向刚度,以此得到腹板开圆孔的刚度折减系数,同时考虑开孔率和开孔间距,并通过Origin拟合出刚度折减系数的计算公式,得到腹板开圆孔蜂窝梁临界弯矩相应的简化计算公式,利用简化公式计算不同跨度、不同开孔率和不同开孔间距的简支蜂窝梁在均布荷载作用下的弯扭屈曲临界弯矩,并将结果与有限元计算结果进行对比。分析结果表明,简化的腹板开圆孔蜂窝梁临界弯矩计算公式具有较高精度。     

高速动车组车下设备对车体振动传递与模态频率的影响机理研究

提出包含车下设备的高速动车组整备状态车体模态频率数值计算方法,并通过有限元分析及模态试验,验证该方法的准确性。理论研究车下设备对车体振动传递特性的影响,定义车体的名义垂向一阶弯曲模态频率,并结合数值计算、振动传递分析与模态试验分析,分析车下设备悬挂参数对车体模态频率的影响机理。研究表明,采用弹性吊挂的车下设备将与车体形成耦合振动系统,且耦合振动系统在原车体垂向一阶弯曲模态频率附近产生一个新的低频振动分量和一个新的高频振动分量;低频振动振型为车下设备垂向振动与车体垂向一阶弯曲振动同相,高频振动振型为二者反相振动;随着车下设备悬挂刚度的变化,车体的名义垂向一阶弯曲频率将会发生"频率跳变"现象。     

波形钢腹板曲线焊缝自动焊接浅析

针对波形钢腹板箱梁构件中曲线焊缝的特点,探讨该类曲线焊缝的自动焊接方案及相应工艺要点,旨在探究适合生产实践的曲线焊缝焊接设备和工艺,为波形钢腹板组合箱梁的自动化加工提供技术铺垫。     

系杆拱桥的横向振动特性分析

依据能量原理,选取系杆拱桥横向基频振型为正弦波,计算了系杆拱体系的横向振动应变能以及动能;利用Rayleigh法,得到了系杆拱横向振动的基频计算公式,基频公式物理概念明确,与有限元法相比具有计算简便、精度高等优点;根据平衡原理推导出吊杆"非保向力效应"矩阵,采用自编程序计算了吊杆"非保向力效应"对系杆拱自振特性的影响。结果表明:吊杆"非保向力效应"对系杆拱桥的低阶横向自振频率有较大影响,吊杆的"非保向力效应"可提高系杆拱桥的横向振动基频,对系杆拱的抗震设计具有参考价值。     

波纹腹板工字钢梁翼缘横向弯曲应力研究

波纹腹板工字钢梁是一种经济高效的新型梁结构形式,由于腹板波形的存在,该结构除了承,整体弯曲作用之外,还承受翼缘横向弯曲作用.针对正弦波纹腹板工字钢梁结构,建立了承受面内集中载荷作用下正弦波纹腹板工字钢简支梁的横向弯曲应力求解方程,并给出了采用其他波形的相似结构横向弯曲应力的可行计算方法,最后对翼缘横向弯曲的影响因素以及翼缘横向弯曲与梁整体弯曲之间的关系进行研究.     

一种分析薄壁箱梁剪滞效应的高精度法

考虑了三个不同的剪滞纵向位移差函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度 ,提出一种分析薄壁箱梁剪滞效应的高精度法。应用能量变分原理 ,导出了箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件 ,获得闭合解 ,通过高阶有限条法计算验证了本文方法的正确性。并探讨了不同纵向位移差函数对剪力滞的影响。     

Transverse shear behavior on the aeroelastic stability of composite rotor blades

The aeroelastic stability of a composite hingeless rotor blade, idealized as a laminated thin-walled box-beam, has been investigated using a finite element formulation based on Hamilton’s principle. First-order shear deformation theory and quasi-steady aerodynamic theory have been employed for the analysis. In order to consider the sectional distribution of shear stresses for the box-beam in an effective manner, Timoshenko beam assumption has been made and the formula of shear correction factor of isotropic box section has been used to describe the motion. Three dimensional stress analysis of composite box-beam by using a detailed finite element analysis program has been performed to identify the distribution of shear of the box section and to correlate the results of shear correction factor of isotropic material with that of composite material. Free vibration tests of rotating composite box-beams have showed fairly good agreement between the current results and the experimental data. Transverse shear behavior on the aeroelastic stability has been studied for a specific box-beam configuration. The results displayed in this article have revealed that the transverse shear coupling has a significant role on the flutter boundary of the rotor, especially in case of anti-symmetric configuration.     

Flexural–torsional coupled vibration and buckling of thin-walled open section composite beams using shear-deformable beam theory

A general analytical model based on shear-deformable beam theory has been developed to study the flexural–torsional coupled vibration and buckling of thin-walled open section composite beams with arbitrary lay-ups. This model accounts for all the structural coupling coming from the material anisotropy. The seven governing differential equations for coupled flexural–torsional–shearing vibration are derived from Hamilton's principle. The resulting coupling is referred to as sixfold coupled vibration. Numerical results are obtained to investigate effects of shear deformation, fiber orientation and axial force on the natural frequencies, corresponding mode shapes as well as load–frequency interaction curves.     

Effect of train carbody’s parameters on vertical bending stiffness performance

Finite element analysis(FEA) and modal test are main methods to give the first-order vertical bending vibration frequency of train carbody at present, but they are inefficiency and waste plenty of time. Based on Timoshenko beam theory, the bending deformation, moment of inertia and shear deformation are considered. Carbody is divided into some parts with the same length, and it’s stiffness is calculated with series principle, it’s cross section area, moment of inertia and shear shape coefficient is equivalent by segment length, and the fimal corrected first-order vertical bending vibration frequency analytical formula is deduced. There are 6 simple carbodies and 1 real carbody as examples to test the formula, all analysis frequencies are very close to their FEA frequencies, and especially for the real carbody, the error between analysis and experiment frequency is 0.75%. Based on the analytic formula, sensitivity analysis of the real carbody’s design parameters is done, and some main parameters are found. The series principle of carbody stiffness is introduced into Timoshenko beam theory to deduce a formula, which can estimate the first-order vertical bending vibration frequency of carbody quickly without traditional FEA method and provide a reference to design engineers.     

镍钛合金双层波纹石墨复合垫片的设计与参数优化

针对反应釜的高腐蚀性、恒温以及多振动等工况,设计一种新型镍钛合金双层波纹石墨复合垫片,其骨架材料为镍钛合金,结构为双层式波纹结构,在双层骨架的内外侧填充石墨层。选取波纹数、骨架厚度和波纹幅值等参数进行正交优化设计,采用ANSYS软件模拟该垫片在一定波纹数(4～6个)、骨架厚度(0.3～0.5 mm)和波纹幅值(0.3～0.5 mm)时的变形特征。结果表明:新型垫片的最佳回弹率为93.84%,对应的波纹数、骨架厚度和波纹幅值为5个、0.5 mm和0.3 mm。与不锈钢双层波纹石墨复合垫片和不锈钢单层波纹石墨复合垫片对比表明:镍钛合金双层波纹石墨复合垫片具有最好的回弹性能。     

基于齿轮箱整体模型的齿轮有限元接触分析

提出了一种应用叠加原理计算齿轮箱整体变形的方法,包括箱体、轴承、传动轴和齿轮的变形。重点阐述了利用ANSYS刚体耦合功能生成齿轮箱体柔度矩阵,建立柔度矩阵、载荷向量、变形向量三者关系方程,从而计算箱体变形的方法。以风力发电增速器齿轮箱为例,分析齿轮箱整体变形对支点反力和齿面接触应力及齿根弯曲应力的影响。     

Dynamic responses of composite H-beams with different elastic couplings

Governing equations are derived via Hamilton’s principle for composite thin-walled H-type open cross-section beams that show a number of non-classical effects such as transverse shear, primary and secondary warping, and anisotropy of constituent materials. The vibration characteristics of composite thin-walled beams with different elastic couplings, such as circumferentially asymmetric stiffness (CAS) and circumferentially uniform stiffness (CUS) configurations are investigated with respect to the bending-transverse shear coupling and the bending-twist coupling resulting from the directional properties of fiber reinforced composite materials. The dynamic responses of anisotropic thin-walled beams to harmonic and exponentially time-dependent loads are also investigated. It was revealed that transverse shear, elastic couplings, and warping effects greatly influence the free vibration and dynamic response characteristics of composite H-type open cross-section beams.     

起重机箱形梁的剪力滞分析

箱形梁弯曲时，平截面假定已不能满足要求，产生剪力滞效应。本文采用二个广义坐标描述起重机箱形梁的弯曲变形，在求出结构的总势能后，利用变分原理得出欧拉微分方程，从而得出考虑剪力滞效应的弯曲正应力和剪力滞系数，并给出了计算实例和测试结果。     

柴油机曲轴润滑与弯曲振动耦合影响研究

为研究柴油机强化过程中曲轴的弯曲振动和润滑性能的耦合关系,基于曲轴动力学和润滑理论,考虑曲轴和轴承座的弹性变形,建立某型12缸柴油机曲轴计算模型,分析主轴颈弯曲振动和最小油膜厚度间的耦合关系,并研究轴承宽度、半径间隙和润滑油黏度对两者的影响。结果表明:最小油膜厚度与弯曲振动变化趋势相反,两者存在耦合关系,同时油膜能够对振动起到一定的缓冲作用;在研究范围内,最小油膜厚度随主轴承宽度和润滑油黏度的增加而增加,弯曲振动随之减小;半径间隙对润滑和振动的影响较大,适当增大间隙值,最小油膜厚度增加,过大的间隙值加大轴颈的振动冲击,降低最小油膜厚度。该结果对柴油机强化设计过程中曲轴的润滑与振动预测和控制提供了参考。