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基于等效梁模型的盾构隧道施工期管片上浮影响因素权重分析

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隧道建设 2016年第11期36卷 1295-1301页

作者：黄钟晖舒瑶季昌乔书光由效铭南宁轨道交通集团有限责任公司广西南宁530021 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

为厘清盾构隧道施工期影响管片上浮各因素的权重大小,在明确管片上浮影响因素的基础上,基于盾构隧道纵向等效梁模型,以等效刚度的欧拉梁模拟盾构隧道衬砌环,以土体与浆液体等价弹簧来模拟土体与隧道之间的相互作用,编制有限元程序对模... 详细信息

为厘清盾构隧道施工期影响管片上浮各因素的权重大小,在明确管片上浮影响因素的基础上,基于盾构隧道纵向等效梁模型,以等效刚度的欧拉梁模拟盾构隧道衬砌环,以土体与浆液体等价弹簧来模拟土体与隧道之间的相互作用,编制有限元程序对模型进行求解,并以南宁某地铁盾构隧道施工期管片上浮实测数据来验证计算模型的合理性。采用敏感性分析法计算出各主要影响因素的权重排序,由大到小依次为浆液未凝固区长度、浆液压力、地层变形模量、隧道纵向刚度有效率和总推力竖向分力等,分析各因素的作用机制,并提出针对性的控制措施,以指导工程实践。

关键词：盾构隧道管片上浮等效梁模型权重分析敏感性分析法

基于等效梁模型的叶片榫根粘弹性阻尼减振解析分析

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机械设计 2023年第6期40卷 78-84页

作者：邝子奇石平义吴峥强伍根牛杨萍广东轻工职业技术学院机电技术学院广东广州510300 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002

在叶片的榫根添加粘弹性阻尼块是一种重要的被动阻尼振动控制方法。文中研发了一个等效梁模型来实现上述榫根添加粘弹性阻尼块叶片系统振动特性的解析分析。首先,简要介绍了将叶片等效成悬臂梁模型的建模思想。进一步,在考虑榫根摩擦及... 详细信息

在叶片的榫根添加粘弹性阻尼块是一种重要的被动阻尼振动控制方法。文中研发了一个等效梁模型来实现上述榫根添加粘弹性阻尼块叶片系统振动特性的解析分析。首先,简要介绍了将叶片等效成悬臂梁模型的建模思想。进一步,在考虑榫根摩擦及合理地引入粘弹性阻尼块材料参数的基础上,采用能量法完成了基于等效梁模型叶片系统的解析建模,并给出了求解固有特性和振动响应的方法。再则,进行了实例研究,采用所研发的模型分析了榫根添加ZN-33型粘弹性阻尼块叶片系统的1阶振动特性,并将相关结果与ANSYS求解结果比对以证明所研发模型的合理性。最后,基于所创建的模型讨论了粘弹性阻尼块参数对叶片系统振动特性的影响。结果表明:增加阻尼块厚度、储能模量和损耗因子对叶片减振有利。

关键词：等效梁模型叶片粘弹性阻尼减振解析分析

基于等效梁基础模型的海上风机基础动力响应研究

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基于等效梁基础模型的海上风机基础动力响应研究

作者：胡天龙大连理工大学

学位级别：硕士

由于使用化石能源所造成的环境污染和能源枯竭问题日趋严重,发展绿色可再生能源成为了我国经济可持续发展的重要手段,节能减排、可持续发展的理念已经得到了社会各界的广泛认同。在世界各国的能源发展规划中,可再生能源占据了越来越重... 详细信息

由于使用化石能源所造成的环境污染和能源枯竭问题日趋严重,发展绿色可再生能源成为了我国经济可持续发展的重要手段,节能减排、可持续发展的理念已经得到了社会各界的广泛认同。在世界各国的能源发展规划中,可再生能源占据了越来越重要的份额,并成为了未来能源领域利用的重要方向,其中风能由于资源规模庞大、蕴藏量丰富、分布广泛等优势受到了各国能源开发者的一致青睐,具有较高的商业开发价值。其发电量仅次于水力发电,占世界可再生能源发电量的16%。单桩式基础作为最常见的风机基础形式,桩径在不断扩大。目前针对大型海上风机单桩基础结构桩土相互作用的研究尚不成熟。本文拟使用HAWC2针对10 MW大型海上风机及复杂的土壤环境,深入开展基于等效梁基础模型的海上风机基础动力响应研究。研究不同的桩土相互作用简化模型中,土壤与超大直径(直径>8 m)的弹性单桩基础的相互作用机理,这项研究对风机的整体安全运行与成本控制具有较高的理论价值与广阔的工程应用前景。本文主要研究内容包括:(1)基于IEA10 MW陆上风机模型选取刚性基础和等效梁基础模型两种桩土相互作用模型,在风机全耦合分析软件HAWC2中建立10 MW海上单桩基础数值模型,通过与国际能源合作项目的计算结果进行对比,验证HACW2中刚性基础和等效梁基础10 MW海上风机的正确性,对比不同数值模型的计算结果,对正常工作工况和极端海况下风机结构响应特性进行分析。(2)基于等效梁基础模型和刚性基础理论进行桩土相互作用的模拟,以海上10 MW单桩风力机为研究对象,考虑单桩风力机的波浪荷载与风荷载的耦合作用,对10 MW大直径固定式单桩风机开展静力学特性以及在简单荷载作用下的运动响应和动力响应分析。利用工程界常用的刚性基础和等效梁法对模型进行分析,并将等效梁法与刚性基础的两种计算结果进行对比,研究不同桩土相互作用模型对塔筒底部及顶部的动力响应的影响。结果表明塔顶的荷载主要受风荷载影响而位移主要受波浪荷载影响。(3)在风浪联合作用下,开展单桩式风机的动力响应分析。利用风机全耦合分析软件HAWC2建立刚性基础和等效梁基础模型的全耦合数值分析模型,并在多种典型工作环境下进行风机时域分析。研究10 MW海上风力发电机主要节点处的结构荷载和动态响应,主要关注风机在普通海况和恶劣海况下,单桩式风机轮毂剪力、叶片根部的剪力和弯矩、塔架底座的剪力和弯矩、风轮的剪力和倾覆力矩在风浪联合作用下与环境荷载的关系。结果表明,风机塔顶位移受波浪荷载控制,而考虑桩土相互作用的等效梁基础模型在波浪荷载下其塔顶位移大于不考虑桩土作用的刚性基础,等效梁基础模型在风机位移计算上更加准确。

关键词：单桩式风机等效梁模型刚性基础桩土相互作用全耦合数值模拟

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基础隔震高层建筑结构减震系数研究

振动与冲击 2021年第22期40卷 35-41页

作者：赖正聪潘文白羽叶燎原张田庆贾毅昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 云南省抗震工程技术研究中心昆明650500 中国建筑第二工程局有限公司昆明650500

针对质量、刚度沿高度分布相对均匀的基础隔震高层建筑结构建立其等效梁模型,基于振型分解反应谱法对隔震及非隔震结构振型数、振型参与质量、地震剪力、力矩等关键指标进行探讨分析。给出了确定水平向减震系数指标的临界刚度比、临界... 详细信息

针对质量、刚度沿高度分布相对均匀的基础隔震高层建筑结构建立其等效梁模型,基于振型分解反应谱法对隔震及非隔震结构振型数、振型参与质量、地震剪力、力矩等关键指标进行探讨分析。给出了确定水平向减震系数指标的临界刚度比、临界周期比,进一步分析了该两个临界比值对减震系数的一般性控制规律。研究结论表明:当隔震后、前结构基本周期比r_(T1)>1.3或上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比r_(kh)>0.8时,可有效抑制高层剪力墙隔震结构高阶振型反应,仅需考虑基本振型对结构地震反应的贡献;结构隔震后、前的底部剪力比、力矩比与上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比r_(kh)、基本周期比r_(T1)有关,与质量、阻尼等参数无关;当r_(kh)小于临界刚度比r_(kh)B或r_(T1)小于临界周期比r_(T 1B)时,底部力矩减震效果较剪力要差,应以隔震后、前结构底部力矩比作为减震效能评价指标,当r_(kh)大于临界刚度比r_(kh)B或r_(T1)大于临界刚度比r_(T 1B)时,则应以底部剪力比作为评价指标。其中,r_(kh)B,r_(T 1B)可按该研究所给数值取用。所得相关研究成果可为相关理论研究及工程应用提供参考和依据。

关键词：高层建筑结构基础隔震等效梁模型临界刚度比减震系数

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大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

振动与冲击 2020年第3期39卷 69-75页

作者：刘梅曹登庆黄庭轩孙禄君哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 上海航天控制技术研究所上海201109

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Tay... 详细信息

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。

关键词：大型空间柔性桁架结构周期性能量等效原理等效梁模型固有振动特性

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空间太阳能电站结构简化和动力学模型的建立

空间太阳能电站结构简化和动力学模型的建立

2014年可展开空间结构学术会议

作者：王然王洪柳杨辰侯欣宾田浩哈尔滨工业大学航天学院

空间太阳能电站(SSPS)作为超大型挠性结构航天器,其构型复杂,尺寸大,单元数多,这样给动力学建模和求解分析带来困难。考虑SSPS结构特点,采用等效应变能和动能理论建立SSPS桁架结构的等效梁模型。SSPS等效模型相对实体模型模态固有频率... 详细信息

空间太阳能电站(SSPS)作为超大型挠性结构航天器,其构型复杂,尺寸大,单元数多,这样给动力学建模和求解分析带来困难。考虑SSPS结构特点,采用等效应变能和动能理论建立SSPS桁架结构的等效梁模型。SSPS等效模型相对实体模型模态固有频率相对误差保持在10%之内,符合工程误差允许的范围,因此采用此等效模型提高建模与求解分析的效率。在建模过程中分析结构柔性对SSPS动力学特性的影响时把SSPS视为中心刚体加柔性附件,这种物理模型和模化方法对现今正在发展的大型空间结构与控制的工程应用研究是适用和成功的。本文采用假设模态方法描述柔性体,模态截断法实现动力学系统降阶,采用混合坐标法建立SSPS的刚柔耦合动力学模型。所建立的动力学模型能够反映SSPS的动力学特性,同时能够实现对空间太阳能电站的控制要求,减少了仿真计算的工作量。

关键词：空间太阳能电站等效梁模型假设模态方法模态截断法

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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变刚度点阵结构设计技术研究

变刚度点阵结构设计技术研究

作者：徐赣君南京航空航天大学

学位级别：硕士

点阵结构因其质量轻、比刚度大且在驱动器作用下可发生变形,有望在飞行器的结构设计中发挥作用。刚度是一种描述结构变形能力的指标,将机翼设计成刚度按需可调的点阵结构,对未来飞行器的发展具有重要意义。论文在现有体素化点阵结构及... 详细信息

点阵结构因其质量轻、比刚度大且在驱动器作用下可发生变形,有望在飞行器的结构设计中发挥作用。刚度是一种描述结构变形能力的指标,将机翼设计成刚度按需可调的点阵结构,对未来飞行器的发展具有重要意义。论文在现有体素化点阵结构及其梁模型的建模原理的基础上,针对变刚度点阵设计方法及其性能分析开展研究,主要的研究工作如下:(1)提出了依据梁模型仿真结果增强节点从而提高点阵结构刚度的设计方法。建立了基于固有频率的点阵结构刚度的表征模型,分析了不同调控参数对点阵结构刚度的影响。仿真结果表明,所提方法在保证轻质化效果的同时,可有效提高点阵结构的刚度。(2)提出了由函数驱动生成变间距梁线从而改变点阵结构刚度的设计方法。建立了基于悬臂梁弯曲的点阵结构刚度的表征模型,分析了不同驱动函数对点阵结构刚度的影响。综合考虑点阵的体积、节点变形及模态频率,提出了变刚度点阵结构的优选方法。(3)以齿轮为载体在其辐板处构造点阵结构,依据梁模型的振动仿真结果对点阵结构中强度不足的节点进行增强,从而得到功能点阵结构。搭建振动检测实验平台,开展了功能点阵结构的振动和承载实验。实验结果表明,相比质量相同的点阵结构,功能点阵结构的振幅降低了20.90%,且承载能力提高了30.00%,验证了所提节点增强方法的可行性。(4)参考MADCAT v0无人机样机,对机翼内部填充了由不同函数驱动生成的变刚度点阵,通过有限元仿真来模拟点阵型机翼的翼型扭曲变形。仿真结果表明,相比其他驱动函数,由二次函数驱动生成的变刚度点阵在保持轻质化效果的同时,其扭转刚度更低,更适应由扭转管驱动来产生较大的变形空间。

关键词：体素化点阵变刚度等效梁模型性能验证点阵型机翼

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空间在轨服务仿真试验平台的建模与仿真

空间在轨服务仿真试验平台的建模与仿真

作者：刘伊鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

空间在轨服务仿真试验平台是对卫星、深空探测器等航行器在发射前进行地面试验的一类平台设备,其作用是模拟航行器的动力学特性以及验证其数值模型的准确性。这一类设备平台由天车系统(双跨梁和横梁小车),连接装置和目标航行器等部分组... 详细信息

空间在轨服务仿真试验平台是对卫星、深空探测器等航行器在发射前进行地面试验的一类平台设备,其作用是模拟航行器的动力学特性以及验证其数值模型的准确性。这一类设备平台由天车系统(双跨梁和横梁小车),连接装置和目标航行器等部分组成,天车系统的作用是带动目标航行器进行大范围的运动,连接装置和目标航行器可以视为天车系统上的移动载荷。本文分别研究以悬挂绳和立柱桁架结构为连接装置的空间在轨服务仿真试验平台的动力学问题,并研究双跨梁和目标航行器的振动响应。同时,本文通过数值求解,研究了不同目标航行器的质量和运动频率对系统动力学的影响。首先,本文研究以悬挂绳为连接装置的空间在轨服务仿真试验平台的动力学问题,将其建模为天车系统-单摆式移动载荷系统模型。采用浮动坐标系法建立系统的动力学模型,利用假设模态法对总系统进行离散,得到该系统的离散动力学方程,并对系统进行动力学仿真。结果表明,天车系统-单摆式移动载荷系统中,移动载荷的摆动主要是由于悬挂绳摆角所导致的,而悬挂绳摆角的增大是由于天车系统的运动不断给移动载荷系统输入能量所导致的。其次,本文进一步研究以立柱桁架结构为连接装置的空间在轨服务仿真试验平台的动力学问题,将其建模为天车系统-立柱桁架结构-目标航行器模型。对于典型的立柱桁架结构,本文采用等效梁原理将其建模为Timoshenke梁模型,得到相关动力学等效参数并对其进行修正,然后对比分析了实际桁架结构与等效梁模型的固有振动特性。数值计算结果表明,修正后的等效梁模型有较高的精度,得到的等效弹性参数可直接运用于系统的动力学方程中。最后,本文利用浮动坐标系法建立天车系统-立柱桁架结构-目标航行器系统的动力学模型,利用场函数和有限单元法对天车系统中的横梁小车进行动力学建模,将立柱桁架结构的等效弹性性参数代入系统的动力学方程中,并进行系统动力学分析。数值结果表明,目标航行器的横向振动比较明显,这为后续系统的振动控制提供了方向。另外,影响系统振动的主要因素是天车系统的运动频率,天车系统的运动频率越大,系统振动也越大。但是当天车系统中的双跨梁和横梁小车运动频率相同时,系统的振动反而减小。

关键词：单摆式移动载荷立柱式移动载荷等效梁模型动力学建模

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一类细长桁架式航天器动力学特性研究

一类细长桁架式航天器动力学特性研究

作者：周际鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着航天事业的发展和航天需求的不断提高,大型化和轻量化成为现代航天器发展的主要方向,大型空间桁架结构由于具有质量轻、可伸展、稳定性高等优点,在航天领域中得到了越来越广泛的应用。本文以带有大型桁架式天线结构的柔性航天器为... 详细信息

随着航天事业的发展和航天需求的不断提高,大型化和轻量化成为现代航天器发展的主要方向,大型空间桁架结构由于具有质量轻、可伸展、稳定性高等优点,在航天领域中得到了越来越广泛的应用。本文以带有大型桁架式天线结构的柔性航天器为研究对象,为实现对柔性航天器的精确动力学建模,本文提出了基于能量互等原理的等效建模方法,在此基础上对细长桁架式天线结构的力学性能进行了分析,最后建立了柔性航天器的刚柔耦合动力学模型。具体的研究内容如下:针对细长桁架天线附件的周期性结构特征,提出了基于能量互等原理的等效梁模型建模方法,通过桁架周期单元与同等长度梁段的应变能和动能分别相等,推导出了等效梁模型的等效刚度参数、等效质量参数及相应的耦合参数,建立了细长空间桁架式天线结构的等效各向异性梁模型。通过对等效梁模型和原桁架天线结构的动力学特性的对比分析,验证了等效方法的正确性和等效梁模型的可靠性。随后,对桁架结构固有频率的影响因素进行了分析,得到了提高细长桁架结构固有频率的有效措施。最后,在等效梁模型的基础上分析了桁架结构在几种典型激励下的动力学响应。将带有细长桁架天线附件的柔性航天器简化为“中心刚体—柔性梁”模型,运用Hamilton原理建立了其单轴转动的刚柔耦合动力学方程。在线性化的耦合动力学方程的基础上,推导出了刚柔耦合模态的解析表达式。为便于分析耦合系统的动力学响应规律,分别用模态离散和有限元离散方法得到了耦合系统动力学方程的离散形式。对比分析了有限元离散模型和刚柔耦合模态解析方法计算得到的系统固有频率,通过对有限元法的收敛性分析验证了刚柔耦合模态解析方法的精确性。讨论了柔性航天器惯性特性对其固有特性的影响,得到了各阶固有频率随惯性特征量的变化规律。最后,研究了柔性航天器在阶跃控制力矩作用下的动力学响应规律。

关键词：柔性航天器细长桁架结构等效梁模型刚柔耦合动力学响应