经典边界条件黏弹性Pasternak地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性分析

自振特性在结构的动力分析中具有重要的意义。将回传射线矩阵法(MRRM)推广到地基梁自振特性的研究中,通过节点力平衡和位移协调方程及对偶局部坐标系下单元相位关系,建立两端简支、两端自由、两端固支、简支-自由、简支-固支及固支-自由这六种边界条件下黏弹性Pasternak地基上的Bernoulli-Euler梁的回传射线矩阵,进而得到其频率方程。根据单一局部坐标系下的边界条件,推导出模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件求解模态函数表达式中的未知参数。通过具体算例验证了回传射线矩阵法求解的正确性,并对不同边界条件下的自振频率、衰减系数及模态函数进行了分析。为黏弹性地基梁的振动特性研究提供理论基础。     

黏弹性Pasternak地基上两跨连续Timoshenko梁横向自振特性分析

以黏弹性Pasternak地基上的Timoshenko梁为研究对象，研究其在两端简支、两端固支、简支-固支边界条件下的单跨地基梁及两跨连续地基梁(等跨和不等跨两种工况)的自振频率、衰减系数和模态。基于回传射线矩阵法，根据各种约束条件下的节点耦合条件，推导横向振动频率方程，通过观察两跨连续地基梁与单跨地基梁的频率方程，并通过具体算例，研究两跨连续地基梁与单跨地基梁自振频率之间的联系与区别，进一步给出前三阶模态。结果表明：两等跨连续地基梁自振频率方程可分为两个部分，且这两部分分别与两端简支和简支-固支边界条件下单跨地基梁的频率方程形式类同；其奇数阶自振频率与两端简支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相等，而其偶数阶自振频率则与两端固支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相同；不等跨的两跨连续Timoshenko地基梁的模态函数曲线幅值随阶数的增加降低最快。     

桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

黏弹性三参数地基梁横向自由振动

将复模态方法推广至地基梁系统的振动分析中,研究了三参数描述的黏弹性Pasternak地基梁的横向振动特征,得到不同边界条件下的频率方程的近似解析式以及模态函数表达式。采用数值方法近似求解复模态分析得到的超越方程,并运用微分求积方法数值加以验证。通过具体算例,分析了边界条件、刚度系数以及地基黏性系数等对固有频率和模态函数的影响。研究结果表明,微分求积法的数值解与复模态的近似解析解吻合的很好。     

Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛,但其在高阶频率及深梁计算中误差较大,利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程,由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量,因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算,所求结果与理论基本无误差,从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果,从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。     

黏弹性三参数地基上Timoshenko梁横向自由振动

运用复模态分析方法研究了黏弹性三参数地基上Timoshenko梁的横向振动特征,得到简支边界条件下的频率方程以及模态函数表达式。通过具体算例，分析了各项地基参数对固有频率和模态函数的影响，比较了相同地基上作用的Timoshenko梁和Euler-Bernoulli梁的振动特征。结果表明，随着地基刚度、剪切参数的增大以及黏性系数的减小，各阶固有频率值均增大；Timoshenko梁的固有频率略低于Euler-Bernoulli梁。     

移动荷载下有限深度Winkler地基上梁的动力响应研究EI北大核心CSCD

基于考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁理论,建立移动荷载作用下弹性地基上有限长梁的横向运动方程。利用模态叠加法求得移动荷载作用下有限长梁动力响应的解析解,进而以移动荷载离开时梁的响应为初值,采用分离变量法求得有限长梁自由振动的一阶近似解;通过数值计算和参数分析,揭示了移动荷载作用下有限深度Winkler地基上简支边界梁的动力学特性,分析地基深度、地基黏滞阻尼系数和荷载移动速度等对有限长梁受迫振动阶段和自由振动阶段动力响应的影响,全面揭示有限深度土体运动对临界速度的作用效应。结果表明:地基深度显著降低了临界速度,且弹性地基黏滞阻尼明显延长了自由振动衰减时间;荷载移动速度加剧了有限深度弹性地基与其支承梁的相互作用效应,系统振动的幅值和响应周期均发生显著变化。     

轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动

研究轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动的稳态响应。由广义Hamilton变分原理推导出轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向振动的控制方程及相应的边界条件。模型中考虑剪切模量、转动惯量对梁的影响。黏弹性本构关系中运用Kelvin模型并引入物质时间导数。对控制方程施用直接多尺度法,建立强受迫共振的可解性条件,得到稳态响应振幅与激励频率关系曲线。应用Routh-Hurwitz判据判断稳态响应振幅的稳定性。利用数值结果给出不同参数下,如非线性系数、激励振幅与黏弹性阻尼等对稳态幅频响应及稳定性影响。     

双参数层状地基中大直径单桩水平振动解析解与分析

基于Pasternak地基和桩体Timoshenko梁理论,考虑了轴向作用二阶效应,建立了大直径桩-成层土相互作用体系水平振动分析简化模型,采用微分变换方法和双剪切理论,结合桩土连续边界条件,进而推导出桩身位移、内力、转角解析解,并与已有相关解析解进行退化对比验证。在此基础上,探讨了桩身长径比、地基剪切系数、桩土模量比、桩身剪切变形系数及轴向荷载对桩基水平振动特性的影响规律。计算分析结果表明推导所得对应解析解,能综合考虑轴向压力二阶效应、桩周土和桩身剪切变形的影响,可为大直径桩基工程相关水平向振动分析和设计提供参考。     

Winkler-Pasternak弹性地基FGM梁自由振动二维弹性解

基于二维线弹性理论,建立Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度(Functionally Graded Material,FGM)梁自由振动控制微分方程。假设材料物性沿梁厚度方向按幂律分布,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)数值求解4种不同边界FGM梁自由振动无量纲频率特性。将计算结果与Winkler-Pasternak弹性地基梁对比表明,该分析方法对弹性地基梁自由振动研究行之有效,并考虑边界条件、梯度指数、跨厚比、地基系数对FGM梁自振频率影响。     

单桩基础海上风机横向自振频率求解及参数敏感性分析EI北大核心CSCD

梁理论的合理选择对风机横向自振频率的求解意义重大。以往提出的海上风机自振频率计算方法都基于某一种梁理论,且缺乏各参数的敏感性分析。为了对比不同梁理论对风机自振频率求解的影响,采用回传射线矩阵法,分别基于Bernoulli-Euler梁、经典Timoshenko梁和修正Timoshenko梁理论,提出海上风机横向自振频率计算方法,通过实测数据验证了该方法的准确性,并综合对比各参数的敏感性。研究结果表明:Bernoulli-Euler梁理论未考虑剪切变形与转动惯量,自振频率计算结果略大于Timoshenko梁理论;剪切变形引起的转动惯量可以忽略不计,修正Timoshenko梁理论与经典Timoshenko梁理论计算结果一致,但物理意义更加清晰;基频对塔筒结构参数的敏感性最高,其次是连接段与桩基;基频对塔筒高度的敏感性最高,对海床高度与叶轮机舱组件质量的敏感性较高,壁厚变化对基频的影响不显著。     

土体阻尼对全(部分)埋入单桩基础自振特性的影响研究

自振频率和振型是反映结构动力特性的重要物理量,对结构设计和动力分析具有重要作用。基于回传射线矩阵法(MRRM),首先推导出全埋入单桩基础在桩顶自由、桩底分别为自由和固定条件下发生轴向自由振动时波数、振型和自振频率的解析解;而后研究部分埋入单桩基础横向和轴向自由振动时的自振特性,探讨了4种工况,工况1～3同时考虑土体弹簧和土体阻尼作用,工况4仅考虑土体阻尼作用,分析了土体阻尼对部分埋入单桩基础自振频率和振型、衰减系数的影响规律。结果表明:土体阻尼对低阶自振频率和振型的影响较大,在结构的低频振动分析中不可忽略。     

三参数Pasternak黏弹性地基中锥形桩的横向自由振动特性研究EI北大核心CSCD

研究了初始轴向压力作用下三参数Pasternak黏弹性地基中圆截面锥形桩的横向自由振动特性。将桩体简化为竖向线弹性Timoshenko锥形梁-柱,考虑桩-土界面摩擦力及桩周土地基参数沿桩身纵向变化,建立锥形桩-土体系动力学模型的控制方程;通过分离变量、无量纲化与微分求积法的数值模拟,将该方程的求解转化为变系数的一般线性代数方程组的一次特征值问题,进而采用QR法求解获得各阶特征值及其特征向量。探讨了相应边界条件下桩身锥角、桩顶轴向荷载、桩长径比、桩侧摩阻力与桩周土地基参数及其沿桩身线性变化情况等对桩横向自由振动基频及其衰减系数的影响。结果表明:锥形桩的固有频率及其衰减系数随锥角的增加而降低,且锥角越大,临界阻尼越小,锥角与地基阻尼有明显的耦合效应;桩侧摩阻力与桩周土地基参数沿桩身纵向的不均匀分布对其基频的影响不可忽略。     

爆炸荷载作用下承重柱的弹性动力响应分析

为了建立爆炸荷载作用下承重柱构件的弹性动力响应分析方法,进一步奠定研究承重柱非线性抗爆响应和破坏形态的理论基础,该文将承重柱简化为承受轴向荷载的约束梁构件,并基于经典Timoshenko梁理论,通过建立等效频率矩阵、等效荷载向量矩阵以及修正的等效质量矩阵,采用变量分离法联立方程求解,推导出承受恒定轴力的Timoshenko梁在任意横向爆炸荷载作用下的弹性动力响应的解析解;并以此弹性解析方法为基础,进一步分析讨论了爆炸荷载作用下,长细比、初始轴向应变、端部约束条件及荷载参数等因素对承重柱弹性动态响应的影响,研究结果对钢柱或钢筋混凝土柱(RC柱)的抗爆分析与设计有参考作用。     

磁场对黏弹性基体上变截面纳米梁振动特性的影响分析

针对磁场影响下的黏弹性基体上变截面纳米梁进行了动力学建模及振动特性影响分析。基于非局部欧拉梁理论、Kelvin黏弹性地基模型及麦克斯韦关系式,建立了系统的振动控制方程。通过联合传递函数法和摄动法对所建振动控制方程进行求解,得到了任意边界条件下变截面纳米梁的固有频率。在此基础上,系统地分析了非局部参数、磁场强度、松弛时间、锥度系数等对阻尼频率和阻尼比的影响情况。结果表明,所建的动力学模型在研究受磁场影响下的黏弹性基体上变截面纳米梁的振动特性问题准确有效。     

磁场对黏弹性基体上变截面纳米梁振动特性的影响分析EI北大核心CSCD

针对磁场影响下的黏弹性基体上变截面纳米梁进行了动力学建模及振动特性影响分析。基于非局部欧拉梁理论、Kelvin黏弹性地基模型及麦克斯韦关系式,建立了系统的振动控制方程。通过联合传递函数法和摄动法对所建振动控制方程进行求解,得到了任意边界条件下变截面纳米梁的固有频率。在此基础上,系统地分析了非局部参数、磁场强度、松弛时间、锥度系数等对阻尼频率和阻尼比的影响情况。结果表明,所建的动力学模型在研究受磁场影响下的黏弹性基体上变截面纳米梁的振动特性问题准确有效。     

开尔文模型粘弹性Timoshenko梁的动力分析与应用

基于Kelvin模型张量形式本构关系导出粘弹性Timoshenko梁自由振动微分方程组,给出两端简支粘弹性梁的固有频率解析解。对粘弹性梁的振动特性进行了分析和比较。以此计算材料开尔文模型粘弹性阻尼系数,结果表明,该方法准确可靠。     

基于Boer多孔介质理论的饱和半空间上刚性圆板基础竖向振动特性研究

针对饱和黏弹性半空间地基上刚性圆板基础竖向振动问题,基于Boer多孔介质动力控制方程组,应用Hankel积分变换技术并结合基础与地基土接触面混合边值条件,推导求解相关方程得到了饱和黏弹性半空间地基上刚性圆板基础的竖向动力阻抗以及振幅放大系数公式。在此基础上进一步通过数值算例对比分析探讨了液固耦合系数、基础质量比、地基土黏滞阻尼系数对所得基础竖向动力阻抗及振幅放大系数的影响规律。解析推导得出的对应竖向动力阻抗三维精确解不但丰富了基础振动理论,还可为相关工程实践提供参考和理论支持。     

考虑底板与池壁相互作用和池壁剪切变形影响的圆形水池动力特性计算

考虑圆形水池池壁剪切变形的影响、底板对池壁的径向约束作用和转动约束作用,将圆形水池底板与池壁的相互作用简化成端部受切向弹性约束和转动弹性约束下的弹性地基Timoshenko梁,基于Timoshenko梁振动的修正理论,导出了底部环向简支、顶部分别为自由、铰支和固支三种边界条件下的振动频率超越方程;根据池壁和弹性地基梁微分方程的类比性,阐述了利用ANSYS建立圆形水池振动模态分析的有限元方法。利用二分法对底板环形简支的圆形水池的振动频率进行了计算,分析了顶部不同边界条件、池高、池的半径和底板对池壁弯曲约束刚度对池壁振动频率的影响。得到了圆形水池轴对称振动可采用弹簧-质量模型进行基频估算、该文所建立的分析方法只能分析圆形水池的轴对称振动模态、圆形水池底板与池壁相互作用对基频影响不明显、壁厚的剪切变形和转动惯量对高阶振动影响大等结论。     

与黏弹性地基相互作用的单桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,利用MATLAB语言编程,借助求根法对二维复数超越方程进行迭代求解,通过数值算例,对比分析黏弹性地基中桩的外露长度、埋置深度、桩端约束情况对自振频率、衰减系数和模态的影响。结果表明:随着外露长度越长,埋置结构的各阶自振频率和衰减系数越小;随着埋置深度越深,埋置结构的各阶自振频率越小,衰减系数越大;埋置部分的横向位移明显小于外露部分的横向位移;桩顶固定边界下单桩的各阶自振频率最大,桩顶自由边界下单桩的各阶衰减系数最小;桩顶自由工况下单桩各阶振型峰值相对其在桩顶铰接和桩顶固定工况下的振型峰值较小。