水平载荷作用下土体与桶形基础的相互作用

本文从理论上分析了横向载荷作用下土体与桶形基础的相互作用。根据土体的简化弹簧模型,建立了单桶和四桶结构在横向载荷作用下力系的平衡方程,提出了估算水平载荷作用下桶顶水平位移的方法,并将桶顶位移的估算结果同三维有限元方法的数值计算结果进行了比较,发现两者相当一致。文中还对胜利油田CB20B桶形平台在几种不同工况条件下的地基稳定性进行了评价。     

移动简谐载荷作用下层状地基-轨道耦合系统动力响应分析

采用格林函数方法求解层状地基-轨道耦合系统在移动简谐载荷作用下的动力响应问题。通过求解层状地基表面作用移动均布线载荷时的动力格林影响函数,由位移连续条件实现层状地基与轨道的耦合,求得移动简谐载荷作用下频率-波数域内的系统动力响应,最后通过傅里叶逆变换求得时间-空间域内的动力响应;与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀半空间地基和基岩上单一土层地基-欧拉梁耦合系统为模型,研究载荷振动频率、移动速度、地基刚度以及土层厚度对动力响应的影响。研究表明移动简谐载荷频率较高时与移动静载荷情况不同,不再具有跨音速时地表位移幅值最大的规律;成层地基-轨道耦合系统在移动简谐载荷作用下的动力响应与均匀地基情况存在显著差异,当载荷频率与层状地基固有频率接近时,地基表面位移幅值较大;另外随着基岩与土层剪切波速比的增大,载荷以超音速经过后地基表面位移振动更加剧烈,振动时间更长,随着土层厚度的增大,位移幅值逐渐向低频区域迁移。     

动载作用下桶形基础周围土体变形的数值模拟

针对动冰载作用下桶形基础周围土体的液化变形进行了数值模拟。建立饱和砂层中桶形基础的简化计算模型,研究动载作用下砂层竖向和水平向的液化变形。首先与桶形基础动载离心机试验比较,验证了计算模型的可靠性。分析了砂层竖向和水平向液化变形特征,以及砂层变形随动载特性和土性参数变化的规律。研究结果表明:砂层变形随着动载频率减小、振幅加大、砂层弹性模量降低而增大。在该文计算模型和荷载条件下,砂层竖向最大变形发生在距荷载作用边界0.25倍桶高位置处,水平最大变形发生在荷载作用边界处。当动载激振时间超过5h后,土顶面竖向变形约为土底面竖向变形的3倍,距荷载作用边界2.0倍桶高位置处的水平变形仅为荷载作用边界处水平变形的3.3%。     

粉土地层中桶形基础水平动载响应的离心机实验研究

对动载作用下分层土中单桶基础动承载特性、四桶基础动承载特性进行了离心机实验模拟,并对动载后桶基静承载力进行了模拟。结果表明:桶顶与粘土面相同时,有上覆粘土层条件下的桶基动力响应较无上覆粘土层条件下的孔压增长小,但沉陷大;桶顶与粘土层下的砂土面相同时比与粘土面相同时的响应大。桶基在动载后的静承载力得到提高。由于液化区的滤波和对动载的衰减作用,发生沉降的范围有限,离桶壁约一倍桶高距离。超孔隙水压从桶基边沿水平向逐渐衰减,从土面开始往下逐渐衰减到零。桶基周围砂土完全液化的厚度随载荷幅值的增加而增加,最大值约为桶高的40%。     

钙质砂动态力学特性试验研究

利用改进的直径37 mm分离式霍普金森铝制压杆,对级配相同的钙质砂与福建标准砂开展了35组被动围压冲击试验,研究了应变率和密度对两种砂动态力学特性的影响。结果表明:两种砂在该研究中的应变率范围内基本没有应变率效应;密实度相同时,石英砂的承载力远大于钙质砂;应变相同时,初始密度越大,砂的承载力越大。在荷载作用下,砂的静水压力p与密度ρ存在一一对应关系,拟合出了钙质砂的p-(ρ/ρ_0)物态方程,并得到在一维应变条件下钙质砂p-ε_v的方程。     

基础振动下直动式减压阀动态特性分析

针对基础振动对TBM液压元件性能的影响,为TBM液压元件优化设计提供理论依据,选择直动式减压阀为研究对象,分析其工作原理,建立减压阀的动态响应数学模型,仿真研究基础振动幅值和频率对减压阀波动特性的影响规律,分析减压阀不同结构参数对压力波动的影响.结果表明：基础振动会引起减压阀出口压力波动,波动幅值随振动幅值增加而增大;当基础振动频率大于50 Hz时,压力波动幅值随频率的增加明显增大;减小背压腔初始容积和回流通道直径能提高减压阀的动态稳定性.     

非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析

为分析非平稳行驶条件下重型汽车轮胎附加动载特性、探讨与匀速平稳行驶工况下的差异,基于车辆行驶动力学理论,建立三轴重型汽车系统动力学模型和路面非平稳随机激励时域模型,采用MATLAB/Simulink软件仿真分析了车辆非平稳行驶条件下轮胎动载的响应规律,并与匀速平稳行驶条件下的分析结果进行比较。结果表明:车辆加速时轮胎动载荷幅值变大、减速时动载荷幅值减小;车辆等时通过同一段道路时,匀速平稳行驶时的动载荷较小;随着加速度、初速度和路面不平度的增加,动载荷幅值变大。研究结果可为精确模拟车辆轮胎动载荷、道路友好性分析和路面损伤破坏预测提供参考。     

引射筒动态载荷识别研究

基于动态载荷的频域识别方法,对引射筒所受发动机试车产生的动态载荷进行识别。通过实验测量引射筒在试车过程中的动态响应;通过有限元计算方法获得载荷基函数对结构作用响应;采用最小二乘法获得引射筒所受动态载荷谱。计算识别所得载荷谱产生的动态响应,并与实验测量值比较,给出识别所得动态载荷谱误差,并分析误差产生原因。结果表明,频域载荷识别方法能较准确识别引射筒在发动机试车过程中所受动态载荷,可为工程研究提供参考。     

埋置点源简谐荷载作用下Gibson土体动力Green函数

采用Hankel积分变换方法,研究了Gibson地基在内源简谐荷载作用下的动力响应问题;通过构造积分围道技术,利用对围道上奇点的特殊处理,以消除驻波相来满足实际波的辐射条件,得到了Gibson地基埋置点源简谐荷载的动力Green函数。通过具体算例,分析了地基土体非均质性、荷载埋置深度和激振频率等因素对地基土体表面竖向位移的影响。结果显示:(1)荷载埋置深度和荷载激振频率对地基表面位移幅值大小和波动性都影响较大;(2)低频荷载作用下,地基土体的非均质性对其表面位移有较大影响。     

引线键合系统键合工具振动特性研究

研究微电子封装超声引线键合系统键合工具的动态特性和摩擦行为,运用有限单元法建立了键合工具的动态接触模型,初步掌握微电子超声键合系统键合机理。通过对键合工具施加不同的加载频率和正压力的计算结果进行对比,定性地给出了键合过程中加载频率和正压力的变化对键合工具动态响应和摩擦应力的影响.研究结果表明:键合工具的加载频率偏离固有频率,键合工具针尖部分的幅值响应将迅速减小,同时摩擦应力的均值也相对减小;正压力增大,响应幅值将会相应减小;正压力增大到一定值时,幅值响应将会波动比较大,如果要得到适合的键合点尺寸的要求,同时保证键合质量,就必须选择合适的加载频率和正压力。     

温度变化对悬索非线性内共振响应特性影响

悬索是一类典型的同时包含平方和立方非线性的柔性结构,其模态间极易发生各种形式的内共振。以悬索同时发生主共振和2∶1内共振为例,探究温度变化对悬索非线性内共振响应特性的影响。通过引入张力改变系数,建立了均匀温度场中悬索面内非线性运动微分方程;利用Galerkin法和多尺度法分别得到激励作用在高阶和低阶模态时,系统极坐标和直角坐标形式的平均方程;通过绘制共振响应时的激励响应幅值曲线、幅频响应曲线、动态解、时程曲线、相位图、频率谱以及庞加莱截面,定性和定量地描述了温度变化影响下的内共振响应特性。数值算例表明:频率会明显改变悬索模态频率,影响系统内共振响应,温度上升时,内共振更容易发生在Irvine参数较小的悬索;无论激励直接作用在高阶还是低阶模态,共振响应幅值随温度上升而增加,反之则减小;直接激发的模态响应幅值与因内共振激发的响应幅值受温度变化影响的敏感程度存在明显区别;温度变化对动态分岔(霍普和倍周期分岔)影响要比对静态分岔(鞍结点和叉形分岔)明显得多;动态分岔随着温度上升,向更小激励幅值和频率方向移动;系统的动态解和周期运动与温度变化密切相关,受温度影响,系统可能呈现出截然不同的周期运动。此外对比理论分析解和直接数值积分解,结果表明两者吻合较好。     

移动载荷作用下斜拉桥结构的动态响应计算分析

运用斜拉桥的近似分析方法,将漂浮体系的斜拉桥结构简化成两端简支且中间离散弹性支撑梁、变地基系数梁和均匀地基系数地基梁三种模型。建立了移动载荷作用下斜拉桥结构的动力学方程,用四阶龙格库塔法对动力学方程进行了计算,对三种模型的固有频率和三种模型在相同移动载荷作用下的动态响应进行了比较,并对移动载荷移动速度、垂直振动的刚度和阻尼对桥梁动态响应的影响进行分析。结果表明,当拉索等效弹性系数较小时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别较小,当拉索等效弹性系数较大时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别明显;桥梁动态响应的频谱由桥梁的固有频率和移动载荷的自振频率组成;移动载荷垂直振动的刚度越大,阻尼越小,桥梁振动的响应越大。     

冲击缓冲用磁流变阻尼器的响应特性模型与实验研究

针对冲击缓冲用磁流变阻尼器对快速性的要求,对其响应特性进行理论建模与实验研究。根据磁流变线圈电磁电路,建立了磁感应强度响应特性理论模型,并用频率测定方法确定了响应时间常数。通过实验测试了不同电流条件下磁流变阻尼器的磁感应强度阶跃响应,结果表明不同幅值的激励电流对磁感应强度的响应并无明显影响,获得上升阶跃平均响应时间常数为4.9 ms,下降阶跃平均响应时间常数为2.8 ms。建立了剪切屈服应力的二阶响应模型,并利用冲击实验台测试了冲击载荷下磁流变阻尼器剪切屈服应力的阶跃响应,通过模型拟合获得响应时间常数为4.8 ms。实验结果表明剪切屈服应力二阶模型能较好地吻合实验响应曲线,说明该模型能够较准确地描述冲击条件下磁流变阻尼器的响应特性。     

水下生产系统跨接管结构在地震作用下动力响应分析

研究水下生产系统跨接管结构在地震波载荷下的动力响应特性。分析中计及了地震波沿水平和竖向两个方向的载荷输入,采用非线性弹簧模型模拟跨接管与海床的耦合作用,同时考虑了地震作用下跨接管的动水作用效应。通过对不同影响因素下结构的动力响应结果分析表明：竖向地震波对跨接管结构水平响应幅值影响较小,但显著改变其响应频率;管土接触引起跨接管响应幅值变化明显,并激发跨接管高阶振型;地震下动水作用力对跨接管的响应幅值影响较大。所建立的分析方法对跨接管结构设计和安全性评估有一定借鉴意义。     

风积砂地基装配式基础下压水平力组合荷载试验

根据塔克拉玛干沙漠腹地2 个装配式基础的现场试验,分析了下压与水平力组合荷载作用下风积砂地基装配式基础的变形、结构受力特性以及地基土压力变化规律,并采用Veisc 理论计算了下压与水平力组合荷载作用下风积砂地基的极限承载力。结果表明,在下压水平力组合荷载作用下:1) 风积砂地基装配式基础顶部竖向和水平方向的位移值相差不大。基础顶部竖向沉降主要由支架压缩量和地基沉降量组成,在极限荷载工况时,角钢支架变形量为风积砂地基沉降量的2 倍~3倍,最终是由于地基的水平承载力不足而使得基础丧失承载能力;2) 角钢支架处于压弯受力状态,在破坏荷载时,尚未达到角钢屈服应力,也未出现压曲失稳;3) 风积砂地基装配式基础的承载性能与基础底板混凝土板条的排列方式有关,平行于混凝土板条轴线方向的水平承载能力高;4) 可采用Vesic理论计算风积砂地基装配式基础在倾斜荷载作用下的竖向下压极限承载力。     

介电弹性体驱动单元的动态特性分析

针对不同电压载荷情况下介电弹性体驱动单元的动态特性,考虑材料非线性、介电常数变化和惯性效应等因素的影响,从热力学能量转化的角度得到了基于Ogden应变能函数的介电弹性体驱动单元的二阶常微分运动方程,并分析了系统的动态响应及模型几何尺寸的影响。结果表明:介电弹性体驱动单元动态响应的振幅由电场强度决定。在恒定场强下,随着电场强度幅值的增大,驱动单元的振幅将随之增大、振动频率将随之减小;在简谐场强下,随着电场强度频率的增大,驱动单元将发生共振,且共振频率将随电场强度的增大而减小。     

列车移动荷载作用下饱和地基的地面振动特性分析

基于饱和土的Biot波动方程和边界条件,利用Fourier变换和Galerkin法推导出频域内的u-w格式的2.5维有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题。通过解方程首先获得饱和土体频域-波数域的位移解答,然后通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的位移解答。通过计算实例验证了计算模型。建立轨道-地基模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,详细讨论了动力渗透系数、孔隙率、土骨架密度和剪切波速等参数对地面振动传播与衰减的影响规律分析。研究表明;在垂直轨道方向,随着与轨道中心距离增加,加速度幅值和主频迅速衰减;饱和土体动力渗透系数、孔隙率、剪切波速和土骨架密度对地表位移幅值均有较大的影响     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。     

反复一维冲击下钙质砂动力特性SHPB试验研究EI北大核心CSCD

南海岛礁建设桩基工程面临钙质砂地层问题,利用改进的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置研究钙质砂在反复冲击荷载作用下的动力特性。共进行28次反复一维冲击试验,得到钙质砂和石英砂的应力-应变、一维压缩特性以及吸能效率曲线,以探讨反复一维冲击荷载作用下冲击次数、含水率和相对密实度等因素对两种砂样动态力学响应的影响。结果表明:钙质砂由于颗粒形状和矿物组成的不同,其动态表观模量(动刚度)在首次冲击以及反复冲击多次后都约为石英砂的10%;随着反复冲击的进行,两种砂样不断密实,表现为刚度增大、可压缩性减弱;首次冲击下钙质砂和石英砂的屈服应力分别约为3.20 MPa和9.33 MPa,此后颗粒开始大量破碎,压缩指数分别约为0.87和0.41,反复冲击后两种砂样的屈服应力分别增加到6.14 MPa和12.54 MPa;钙质砂的吸能效率高于石英砂,不同含水率和不同相对密实度钙质砂样吸能效率在多次冲击后趋于接近。     

循环荷载频率和幅值对有砟道床动力行为的影响

为研究有砟道床在长期反复列车荷载作用下的动态响应及劣化规律,利用离散元分析软件PFC并考虑道砟的真实外形,建立可考虑道砟破碎劣化的有砟道床离散元计算模型,研究分析了不同频率、不同幅值循环荷载作用下有砟道床的振动响应、道砟受力以及道砟摩擦耗能、破碎行为。结果表明:道砟的振动加速度随动荷载频率和幅值的提高而非线性增长;道砟所受的接触力主要受荷载幅值影响,受荷载频率影响较小,荷载幅值提高,道砟接触力增大;提高荷载频率和幅值均会增加道砟的摩擦耗能,在荷载作用初期,道砟的摩擦耗能有一个突增过程;动荷载的幅值对道砟的破碎行为占主导因素,荷载幅值较低时道砟稳定在较低破碎水平,荷载幅值较高时道砟破碎现象加剧并受荷载频率影响,此时荷载频率越高道砟破碎越严重。