圆弧单拱动力稳定性的实验研究

发布时间：2017-09-18 02:21

  本文关键词：圆弧单拱动力稳定性的实验研究

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【摘要】：结构的动力失稳破坏往往会导致重大的人员伤亡和财产损失。圆弧拱作为工程中最常用的拱型之一,其动力稳定性研究备受关注,然而过去往往偏重于理论研究,动力稳定的实验探究则比较缺乏,因此关于圆弧拱动力稳定性的实验研究具有重要的现实意义和科学价值。本文基于圆弧单拱动力失稳理论,设计了不同矢跨比、不同配重的圆弧拱,针对圆弧拱平面外、平面内动力失稳问题进行了激振实验。实验中测定了圆弧拱的自振模态及阻尼比,通过扫频振动方式确定动力不稳定域边界,采用定频振动方式测试了非线性振动特性,利用多种工况的归纳总结得到圆弧拱动力稳定性随激振力、矢跨比、配重的变化规律。主要研究内容如下:(1)通过ANSYS数值分析验证动力不稳定域及非线性振动特征的正确性。提出了用于判断圆弧拱平面内、外发生参数共振的波形分析方法,研究证明波形分析方法对于判别参数失稳,区别强迫振动、强迫共振、参数共振、暂态振动等振动状态具有较好的适用性。(2)通过激振实验揭示了圆弧拱发生平面内、外参数共振的机理。进行扫频测试验证了动力不稳定域计算结果的正确性,表明圆弧拱在拱顶受周期性简谐集中荷载作用下,其平面内、外参数共振的不稳定区域发生荷载频率为相应结构自振频率的两倍时;定频测试得到了圆弧拱非线性“牵引”振动的规律性,实测非线性振动的振动状态及幅值与理论值进行了对比,验证了非线性定态、非定态振动理论的正确性。(3)对实验中圆弧拱结构的动力失稳现象进行了参数分析。采用控制变量法,以结构某一设计参数为变量,控制其他因素不变,在同等条件下进行对比实验,实验证明:随着激振力、矢跨比、配重等的变化,圆弧拱的自振频率、动力不稳定域的分布与宽度、非线性振动状态与振幅等发生了相应的变化,主要规律为:(1)激振力越大则圆弧拱振动幅值越大,而激振频率是否落在激发区域内直接影响到结构是否发生参数失稳。(2)矢跨比越小,圆弧拱的自振频率越大,动力不稳定域往高频方向移动,不稳定域宽度变大;平面外、平面内非线性振幅值随着矢跨比的减小而减小。(3)配重越大,圆弧拱自振频率越小,动力不稳定域往低频方向移动,动力不稳定域范围变窄;平面外、平面内非线性振幅值随着配重的增加而减小。
【关键词】：圆弧拱 周期荷载 动力失稳 波形分析 激振实验 参数分析
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景和意义11-14
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-14
• 1.2 拱结构动力稳定的研究现状14-18
• 1.2.1 动力稳定判别准则研究现状14-15
• 1.2.2 拱结构动力稳定研究现状15-18
• 1.3 现有研究存在的不足18-19
• 1.4 本文研究内容19-21
• 1.4.1 研究内容19-20
• 1.4.2 研究创新点20-21
• 第二章 理论基础与数值分析21-45
• 2.1 圆弧拱动力失稳机理21-28
• 2.1.1 圆弧拱平面外动力稳定方程推导21-23
• 2.1.2 圆弧拱平面内动力稳定方程推导23-26
• 2.1.3 动力稳定方程求解得到动力不稳定域26-28
• 2.2 波形分析判断动力失稳方法28-33
• 2.2.1 波形分析判断平面外失稳28-31
• 2.2.2 波形分析判断平面内失稳31-33
• 2.3 数值分析验证动力不稳定域33-39
• 2.3.1 平面外动力不稳定域验证34-36
• 2.3.2 平面内动力不稳定域验证36-39
• 2.4 动力不稳定域影响因素分析39-42
• 2.5 本章小结42-45
• 第三章 模型实验方案45-63
• 3.1 实验模型设计45-48
• 3.1.1 实验对象45-46
• 3.1.2 实验模型现场布置46-47
• 3.1.3 荷载产生形式47-48
• 3.2 实验设备介绍48-51
• 3.2.1 激振系统48-50
• 3.2.2 测振系统50-51
• 3.3 模型安装及设备操作步骤51-54
• 3.3.1 模型安装步骤51-52
• 3.3.2 设备使用步骤52-54
• 3.4 实验步骤与方法54-59
• 3.4.1 自振模态实验测定54-58
• 3.4.2 动力不稳定域实验验证58-59
• 3.4.3 非线性振动研究59
• 3.5 实验工况59-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第四章 实验结果及分析63-95
• 4.1 圆弧拱自振模态实验测定结果63-67
• 4.1.1 自振频率测定结果63-65
• 4.1.2 阻尼比测定结果65-67
• 4.2 圆弧拱动力不稳定域实验验证67-74
• 4.2.1 平面外动力不稳定域验证结果68-71
• 4.2.2 平面内动力不稳定域验证结果71-74
• 4.3 圆弧拱非线性振动实验测试结果74-77
• 4.3.1 实测非线性振动状态74-76
• 4.3.2 实测非线性振动幅值与理论对比76-77
• 4.4 圆弧拱动力稳定实验参数分析77-92
• 4.4.1 动力失稳随激振力变化规律78-82
• 4.4.2 动力失稳随矢跨比变化规律82-87
• 4.4.3 动力失稳随配重变化规律87-92
• 4.5 本章小结92-95
• 第五章 结论与展望95-97
• 5.1 结论95-96
• 5.2 展望96-97
• 参考文献97-103
• 致谢103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李康杰;刘爱荣;卢汉文;禹奇才;;圆弧浅拱面外动力稳定性实验研究[J];中山大学学报(自然科学版);2015年03期

2 董宁娟;赵洪金;;闭口薄壁截面圆弧拱空间动力稳定性分析[J];噪声与振动控制;2013年02期

3 董宁娟;赵洪金;;开口薄壁截面圆弧拱空间动力稳定性分析[J];科学技术与工程;2012年32期

4 杨永华;吴杰;;单轴对称截面圆弧拱平面外稳定性研究[J];工程力学;2012年03期

5 赵洪金;刘超;董宁娟;吴敏哲;;考虑剪切变形的圆弧深拱参数共振稳定性分析[J];振动与冲击;2012年02期

6 赵洪金;刘超;孟昭博;吴敏哲;;周期径向荷载作用下圆弧格构拱动力稳定性分析[J];地震工程与工程振动;2011年06期

7 郭彦林;郭宇飞;窦超;林冰;;四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究[J];建筑结构学报;2010年08期

8 刘爱荣;禹奇才;宋瑞;张俊平;;地震作用下斜靠式拱桥的动力稳定性[J];深圳大学学报(理工版);2010年03期

9 王连华;易壮鹏;张辉;;周期荷载作用下几何缺陷拱的动力稳定性[J];湖南大学学报(自然科学版);2007年11期

10 徐艳;胡世德;;钢管混凝土拱桥的动力稳定极限承载力研究[J];土木工程学报;2006年09期

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本文编号：872825