论文摘要
振动频率法以其经济方便等优点而广泛应用于索结构的施工控制、状态评估和健康监测,其基本原理是基于弦振动理论,而弦理论忽略了拉索的抗弯刚度、垂度、边界条件及中间支撑等非线性因素的影响,在实际应用中有时会带来不可接受的误差。综合考虑上述因素以后,拉索的振动问题就属于非线性问题,为了充分探明拉索的动力特性,以非线性振动理论为基础进行拉索振动问题的研究非常重要,本文针对拉索的非线性问题提出了四种研究方法,主要内容如下:(1)应用解析法直接求解考虑拉索的抗弯刚度和中间支撑(阻尼器)影响的拉索振动方程,将求解得到的频率特征根超越方程进行近似简化运算,得到拉索的频率特征值无量纲表达式和索力计算表达式。(2)建立考虑拉索抗弯刚度和垂度影响的拉索振动方程,利用奇异摄动法,求解得到拉索自振频率小参数级数近似表达式,同时给出反算得到的索力计算表达式。(3)利用能量法推导得到计及拉索抗弯刚度、垂度及阻尼器影响的索力近似表达式,根据假设条件,讨论其适用范围,结合有限元分析讨论各个因素的影响。(4)由于设计参数和真实参数之间的偏差而导致了索力计算存在系统误差,本文结合PSO粒子群算法,提出了有模型和无模型参数识别法,并讨论了关键参数的单参数识别法和多参数识别法。(5)以干溪沟大桥和海印大桥的索力测试实验为实例分析,将测试结果代入到四种研究方法中验证索力计算公式的精度。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 研究背景及意义1.2 研究现状1.2.1 索力测试方法综述1.2.2 振动频率法测试精度的影响1.2.3 提高振动频率法测试精度的研究1.3 本文研究内容1.3.1 研究思路及方法1.3.2 研究流程及创新点第2章 解析法2.1 拉索自由振动分析2.1.1 振动模型2.1.2 求解频率表达式2.2 考虑阻尼器影响拉索振动分析2.2.1 带有阻尼器刚性拉索频率特征值分析2.2.2 近似求解2.3 阻尼器参数对频率的影响2.3.1 阻尼影响2.3.2 支撑刚度的影响2.3.3 安装位置的影响2.4 近似公式验证2.4.1 阻尼器刚度和拉索刚度的影响2.4.2 本文公式与迭代结果对比2.5 考虑阻尼器影响的索力表达式2.5.1 索力与阻尼器阻尼及支撑刚度的关系2.5.2 结合有限元分析索力计算精度2.6 本章小结第3章 奇异摄动法3.1 奇异摄动理论3.2 奇异摄动理论在拉索非线性振动中的应用3.2.1 基本振动方程3.2.2 不考虑垂度的影响3.2.3 考虑垂度的影响3.2.4 索力计算公式的推导3.3 结合有限元数值分析3.3.1 垂度的影响3.3.2 边界条件的影响3.4 本章小结第4章 能量法4.1 考虑垂度及阻尼器影响的索力计算公式推导4.1.1 位移函数的确定4.1.2 索力求解4.2 各种影响因素的讨论4.2.1 拉索垂度的影响4.2.2 阻尼器支撑刚度的影响4.2.3 拉索抗弯刚度的影响4.3 适用公式4.3.1 适用公式的推荐4.3.2 结合有限元讨论适用公式的适用范围4.4 结合有限元分析各个因素的影响4.4.1 垂度的影响4.4.2 阻尼器支撑刚度的影响4.4.3 拉索抗弯刚度的影响4.5 本章小结第5章 参数识别法5.1 参数识别的意义5.2 有限元模型参数识别5.2.1 有限元分析原理5.2.2 有限元模型5.2.3 拉索参数识别原理5.2.4 实例应用5.3 无模型参数识别5.3.1 无模型计算精度5.3.2 无模型多参数识别5.4 本章小结第6章 实例分析6.1 实例分析理论和基础6.2 干溪沟大桥和海印大桥实桥动力测试6.2.1 干溪沟大桥斜拉索频率测试6.2.2 海印大桥斜拉索频率测试6.3 四种方法分析结果及对比6.3.1 拉索抗弯刚度及阻尼器的支撑刚度识别6.3.2 各种方法的索力计算6.3.3 索力计算结果分析6.4 本章小结结论参考文献附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录附录 B ANSYS 有限元命令流B.1 拉索两端有限元动力分析ANSYS 命令流附录 C MATLAB 有限元程序源代码C.1 考虑线形的拉索有限元程序C.1.1 频率计算函数主程序代码C.1.2 单元刚度矩阵程序代码C.1.3 单元初应力矩阵程序代码C.1.4 单元质量矩阵程序代码附录 D 干溪沟大桥动力测试信号图附录 E 海印大桥动力测试信号图致谢
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