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大跨度斜拉桥非线性振动模型与理论研究进展

力学学报 2016年第3期48卷 519-535页

作者：康厚军郭铁丁赵跃宇湖南大学土木工程学院长沙410082

斜拉桥的非线性动力学问题一直都是力学、结构和桥梁领域的研究热点.随着新材料(如碳纤维增强聚合物索)和新施工工艺的发展,斜拉桥的跨越能力不断得到提高,从而在桥梁建设中更具有竞争力.然而,斜拉桥跨度的增大和新材料的应用使结构变... 详细信息

斜拉桥的非线性动力学问题一直都是力学、结构和桥梁领域的研究热点.随着新材料(如碳纤维增强聚合物索)和新施工工艺的发展,斜拉桥的跨越能力不断得到提高,从而在桥梁建设中更具有竞争力.然而,斜拉桥跨度的增大和新材料的应用使结构变得更轻和更柔,使结构的非线性振动问题比以往更为突出,可能危及桥梁安全.基于课题组近年来对斜拉桥非线性动力学的研究,围绕大跨度斜拉桥的非线性建模理论及动力学问题,较为详细地评述近十年来国内外的研究进展情况.主要从斜拉索非线性动力学模型、梁的非线性动力学模型、索-梁组合结构的非线性动力学模型、斜拉桥整体非线性动力学模型与理论、以及斜拉桥的非线性振动实验等几个方面对斜拉桥非线性建模方法、力学模型、数学模型、求解方法及相应研究成果进行评述和讨论.研究结果表明,斜拉桥由于多柔性索和大跨度梁的耦合问题,以及环境载荷的复杂性,导致其具有丰富的非线性动力学行为.同时由于高维非线性系统求解方法的欠缺,整体斜拉桥非线性动力学行为又相当复杂,深入研究面临很大困难.最后,基于未来斜拉桥的发展趋势和可能面临的突出问题,对斜拉桥非线性振动问题今后的发展方向进行了探讨和展望.

关键词：斜拉桥斜拉索非线性振动实验

理论力学研究性教学新探索:刚体运动基点法公式与连续介质速度场分解

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力学与实践 2023年第2期45卷 169-174页

作者：郭铁丁康厚军广西大学土木与建筑工程学院南宁530004 广西大学工程力学研究中心南宁530004

基础力学课程体系是现代工程教育的重要基础。理论力学作为力学课程体系的起点,提供了力学基本概念和原理。一方面,以离散体系(质点/刚体)为研究对象的理论力学与以连续体系(介质/变形微元体)为对象的连续介质力学,它们之间既存在密切... 详细信息

基础力学课程体系是现代工程教育的重要基础。理论力学作为力学课程体系的起点,提供了力学基本概念和原理。一方面,以离散体系(质点/刚体)为研究对象的理论力学与以连续体系(介质/变形微元体)为对象的连续介质力学,它们之间既存在密切联系又差异明显;另一方面,源于理论/经典力学的动力系统理论和非线性科学研究对应用力学学科产生了广泛影响。围绕这两个侧面,作者将在《理论力学研究性教学新探索》系列教研论文中阐释它们之间的联系。本篇探讨刚体运动基点法公式和连续介质速度场分解之间的关系,它们分别给出刚体模型和连续介质模型的速度分布规律,前者依赖刚体转动角速度矢量,而后者由速度梯度张量所刻画。本文将说明,两者存在对应理论关系,且刚体基点法公式是连续介质速度场分解的退化形式,即忽略变形效应。

关键词：理论力学刚体运动基点法公式连续介质速度场分解

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理论力学研究性教学新探索——变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理

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力学与实践 2023年第3期45卷 659-663页

作者：郭铁丁康厚军广西大学土木与建筑工程学院南宁530004 广西大学工程力学研究中心南宁530004

本文探讨理论力学中变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理的联系。Reynolds输运定理是连续介质(例如流体)质量/动量/能量输运规律的共同基础,因而具有基本的理论重要性。本文通过详细对比分析说明:在理论力学中,基于一般质点系... 详细信息

本文探讨理论力学中变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理的联系。Reynolds输运定理是连续介质(例如流体)质量/动量/能量输运规律的共同基础,因而具有基本的理论重要性。本文通过详细对比分析说明:在理论力学中,基于一般质点系模型的变质量系统动力学与连续介质力学的输运规律,本质上具有相同的理论框架和分析工具。如果在任意质点系模型的基础上引入质点空间连续分布的假设,则可以将变质量离散体系的力学结论拓展至连续介质的基本输运规律(包括质量/动量/能量)。

关键词：理论力学变质量系统动力学连续介质力学 Reynolds输运定理

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基于平板电脑的理论力学课堂教学模式

力学与实践 2018年第3期40卷 325-328页

作者：郭铁丁康厚军程露敏湖南大学土木工程学院长沙410082

针对理论力学课程教学中传统黑板板书和PPT课件演示两种方式的不足,提出了一种基于平板电脑的新型课堂教学模式。文中介绍了该教学模式的基本组成及独特优势,并结合作者的教学实践给出了基于平板电脑的3种具体课堂教学方案,讨论了它们... 详细信息

针对理论力学课程教学中传统黑板板书和PPT课件演示两种方式的不足,提出了一种基于平板电脑的新型课堂教学模式。文中介绍了该教学模式的基本组成及独特优势,并结合作者的教学实践给出了基于平板电脑的3种具体课堂教学方案,讨论了它们的优势和不足。

关键词：理论力学平板电脑 OneNote软件黑板板书 PPT课件

考虑拉索损伤的索-梁组合结构面内自由振动分析

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计算力学学报 2024年

作者：吴俊谕丛云跃康厚军郭铁丁苏潇阳广西大学土木建筑工程学院广西大学工程力学研究中心

为了探究拉索损伤对索-梁组合结构的面内自由振动特性影响，本文引入拉索损伤程度、范围和位置的三个无量纲参数，建立拉索损伤下的单索-悬臂梁组合结构面内动力学模型。应用分离变量法，确定单索-悬臂梁模型的面内自由振动特征值问题... 详细信息

为了探究拉索损伤对索-梁组合结构的面内自由振动特性影响，本文引入拉索损伤程度、范围和位置的三个无量纲参数，建立拉索损伤下的单索-悬臂梁组合结构面内动力学模型。应用分离变量法，确定单索-悬臂梁模型的面内自由振动特征值问题。同时，建立拉索无损和有损下的有限元模型进行对比验证，所得结果与本文理论结果吻合良好。研究表明：拉索损伤一般在拉索垂度或损伤程度、范围较大的情况下，才会对组合结构频率有明显减小；当拉索损伤程度和损伤范围增大到一定值后，高阶频率之间容易出现1:1模态内共振现象；损伤导致的拉索非对称初始构型可导致组合结构的频率增大，组合结构部分混合模态转变为局部模态，部分局部模态转变为混合模态。

关键词：索梁组合结构拉索损伤结构动力学自由振动内共振

CFRP索斜拉桥面内自由振动的多索梁模型及模态分析

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动力学与控制学报 2017年第6期15卷 494-504页

作者：丛云跃康厚军郭铁丁苏潇阳金怡新湖南大学土木工程学院长沙410082 成都亚佳工程新技术开发有限公司成都610031

为研究斜拉桥中索与梁、索与索之间的耦合振动问题,建立了斜拉桥的单梁-多索力学模型.考虑索的初始垂度引起的几何非线性因素的影响,将多索梁模型分段处理,基于索、梁经典的面内振动的微分方程,通过索、梁连接处的动态平衡条件,建立多... 详细信息

为研究斜拉桥中索与梁、索与索之间的耦合振动问题,建立了斜拉桥的单梁-多索力学模型.考虑索的初始垂度引起的几何非线性因素的影响,将多索梁模型分段处理,基于索、梁经典的面内振动的微分方程,通过索、梁连接处的动态平衡条件,建立多索梁模型面内振动理论.以双索梁为例,应用分离变量法,结合边界条件,求解双索斜拉梁模型平面内自由振动的特征值问题.同时,建立双索梁的有限元模型,有限元所得结果与本文理论研究吻合良好.最后对CFRP索梁模型的各项相关重要参数进行分析,并将本文理论与课题组前期成果进行对比分析.研究表明,CFRP索能极大改善双索梁模型的基本动力学性能.增大拉索轴向刚度能明显提高模型的低阶频率,而梁弯曲刚度的提高对其高阶频率的提高比较明显.

关键词：多索梁模态分析 CFRP索频率有限元

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工程结构多刚度尺度分析与模态理论

动力学与控制学报 2023年第4期21卷 15-22页

作者：丛云跃康厚军郭铁丁苏潇阳广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学工程力学研究中心南宁530004

当前工程结构设计大多基于成熟的线性振动理论,未综合考虑非线性、多尺度等特性的影响,导致各类工程振动问题频发,减振措施失效.首先,本文以质量弹簧系统为例,对系统刚度比和质量比等关键参数开展分析,指出刚度比对系统模态具有显著影响... 详细信息

当前工程结构设计大多基于成熟的线性振动理论,未综合考虑非线性、多尺度等特性的影响,导致各类工程振动问题频发,减振措施失效.首先,本文以质量弹簧系统为例,对系统刚度比和质量比等关键参数开展分析,指出刚度比对系统模态具有显著影响;再者,简述大跨桥梁动力学研究现状,从系统全局动力学角度,根据非线性动力学分析和有限元分析,提出工程结构多刚度尺度概念,分析并指出多刚度尺度耦合系统的全局模态、局部模态和混合模态基于不同刚度尺度的定义.为建立桥梁全局动力学模型和理论,桥梁非线性动力学研究奠定基础.

关键词：工程结构多刚度尺度全局模态局部模态混合模态

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漂浮式独塔斜拉桥竖弯刚度评估新方法

湖南大学学报（自然科学版） 2017年第11期44卷 126-134页

作者：康厚军苏潇阳龚平蔡向阳刘海波胡建华郭铁丁湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南省汝郴高速公路建设开发有限公司湖南郴州423000 湖南省交通规划勘察设计院湖南长沙410008

斜拉桥的竖弯刚度评估一直是桥梁动力学研究的一个热点问题.基于斜拉桥中拉索对桥面梁起弹性支承作用的受力特点,针对漂浮式独塔斜拉桥竖弯刚度评估问题建立了一个新的评估方法:建立漂浮式独塔斜拉桥新的三梁离散弹簧整体动力学模型,以... 详细信息

斜拉桥的竖弯刚度评估一直是桥梁动力学研究的一个热点问题.基于斜拉桥中拉索对桥面梁起弹性支承作用的受力特点,针对漂浮式独塔斜拉桥竖弯刚度评估问题建立了一个新的评估方法:建立漂浮式独塔斜拉桥新的三梁离散弹簧整体动力学模型,以及相应动力学理论,利用传递矩阵法进行求解,从而对漂浮式独塔斜拉桥的竖弯刚度进行评估.在三梁离散弹簧模型中,将斜拉索视为无质量弹簧,将桥塔视为考虑轴力影响的欧拉柏努利梁,将桥面从与桥塔交接处截开为两根欧拉柏努利梁.最后通过算例分析和有限元计算结果的对比,表明本文提出的评估方法具有较高的精度和效率,可应用于工程设计中的计算和刚度评估.

关键词：斜拉桥竖弯刚度评估建模传递矩阵法

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基于索-梁结构的斜拉桥非线性振动仿真研究

动力学与控制学报 2024年第5期22卷 16-23页

作者：康厚军尹昆苏潇阳郭铁丁丛云跃广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学工程力学研究中心南宁530004

本文建立了索-梁结构的有限元模型,对斜拉桥线性和非线性振动问题进行研究.首先对结构进行模态分析,发现结构振动表现出全局模态,局部模态以及混合模态,且索梁两者之间固有频率相互影响,对低阶频率影响较大,对高阶频率影响较小.其次,应... 详细信息

本文建立了索-梁结构的有限元模型,对斜拉桥线性和非线性振动问题进行研究.首先对结构进行模态分析,发现结构振动表现出全局模态,局部模态以及混合模态,且索梁两者之间固有频率相互影响,对低阶频率影响较大,对高阶频率影响较小.其次,应用有限元软件对索-梁结构的自由振动和强迫振动进行仿真研究.结果表明:整个自由振动过程中频率有先增大后减小的趋势,且最终小于真实频率;在强迫振动中,观察到了丰富的非线性振动现象,包括索的亚谐波共振和内共振,与以往的实验和理论研究结果定性上得到验证;为斜拉桥全桥非线性动力学分析提供参考.

关键词：斜拉桥索-梁结构有限元仿真非线性振动共振

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