湖南科技大学土木工程学院结构抗风与振动控制湖南省重点实验室
- 作品数：8 被引量：19H指数：3
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- 材料多等级双向演化结构优化算法
- 2022年
- 经典双向演化结构优化(BESO)算法采用单一材料非“生”即“死”的优化方式,过程中易产生边界问题,从而使结果陷入局优。为解决这一问题,在优化中线性内插多个弹性模量等级的材料,再构建基于变异系数的材料利用程度评价指标,以决定单元在不同材料等级间的升降,开发出材料多等级BESO算法。通过深梁算例对比新算法与经典BESO算法在优化能力上的差异,并探讨材料等级数对优化过程和结果的影响。研究结果表明:算例在优化运行至折算体积率为0.3时,单一材料的经典BESO算法,双材料、三材料和四材料的材料多等级BESO算法,解的柔顺度指标分别为0.818×10^(4),0.785×10^(4),0.775×10^(4)和0.768×10^(4)N·mm,耗时分别为4,8,12和18 min。算例在优化运行至绝对体积率为0.3时,三材料的材料多等级BESO解中占比高的材料2和材料3,变异系数分别为0.11和0.26,而经典BESO解中单一材料的变异系数为4.88。因此,与经典BESO算法相比,材料多等级BESO算法可以得到柔顺度更低,更符合优化目标的解,即更优的解。同时演化出的杆系结构拓扑更清晰,材料利用率更高。材料等级数越多,越能通过不同等级的材料分布反映构件受力机理,显微构件受力细节,但会引起耗时增加,实际优化应用时应权衡精度与效率以选择合适材料等级数。
- 张鹄志黄垚森李永贵尹斌
- 关键词：结构优化拓扑优化
- 大跨斜拉桥拉索面内参数振动简化模型及工程应用被引量：4
- 2019年
- 斜拉索是斜拉桥的重要受力构件,当索梁耦合振动时,斜拉索易发生大幅的参数振动。本文提出了一个不计拉索垂度并忽略桥梁自重影响的单自由度力学模型,推出了斜拉索参数振动的简化分析方程。为了考察方程的可行性,利用计算机对该方程进行了仿真,并与另一考虑索桥耦合作用运动方程的仿真分析作了对照,得到了非常相近的结果。基于实验室24.2m的模型斜拉索,辨识了该拉索的固有频率和阻尼,通过试验实现了该斜拉索的一阶参数振动,并分析了发生一阶参数振动时激励频率与固有频率比值。另外运用本文提出的简化方程对实验室拉索作了仿真,得到了参数振动现象,与实验结果对比得到:利用简化分析模型对试验拉索的仿真分析与实验室拉索的实验结果比较吻合,表明不考虑桥梁质量的简化模型具有足够的准确性。最后,结合工程实例,对鄂东大桥的某一可能发生参数振动的拉索进行了仿真分析,表明在桥梁自重较重时本文所提出的简化方程具有较好的适用性;并且发现加装阻尼器可以有效抑制拉索的参数振动。
- 方豪杰王修勇罗一帆孙洪鑫彭剑
- 关键词：桥梁工程斜拉索
- 基于渐进演化类拓扑优化的PC小箱梁预应力钢束设计被引量：1
- 2022年
- 渐进演化类拓扑优化方法在预应力混凝土小箱梁的预应力钢束优化设计中具有广阔的应用前景。以1片30 m简支预应力混凝土小箱梁为对象,借助ANSYS有限元平台开展了基于渐进演化类拓扑优化的预应力钢束设计,首先对结构进行实际设计工况下的二维及三维拓扑优化,两者得到的最优拓扑结构基本类似;然后根据二维最优拓扑结构构建组合模型并进行模型分析,按照组合模型的受力特性优化布置箱梁的预应力钢束。与传统设计方法的对比结果表明:在正常使用极限状态下,经优化后的箱梁满足各应力验算要求,跨中部位上缘压应力增加14.2%,下缘拉应力减少13.8%,有效预防了箱梁下缘裂缝的产生,并降低了跨中挠度。
- 张鹄志刘学虎温青刘鑫
- 关键词：预应力混凝土小箱梁拓扑优化
- 利用耦合系统自由振动响应识别结构被控模态和TMD参数被引量：2
- 2019年
- 准确从安装TMD后的结构-TMD耦合系统中识别结构被控模态和TMD参数是TMD现场调试的必需条件.针对TMD现场调试中参数识别问题,提出了一种通过结构-TMD耦合系统自由振动试验识别结构被控模态的模态质量、频率和阻尼比以及TMD频率和阻尼比的方法.该方法首先采用随机子空间算法评估耦合系统的离散状态空间模型,然后将其减缩和转化为结构被控模态和TMD耦合的两自由系统连续状态空间模型;最后,利用连续状态矩阵,识别结构被控模态的模态质量、频率和阻尼比以及TMD频率和阻尼比.数值分析研究结果表明:1)该方法抗噪能力强;2)TMD与原结构各模态耦合越强,质量比识别结果误差越大,其他参数识别结果均满足工程要求.通过单层框架结构试验研究,验证了该方法的可行性.
- 温青温青华旭刚陈政清陈政清曹张
- 关键词：参数识别模态分析
- 端部条件和长宽比对矩形断面节段模型涡激振动的影响被引量：9
- 2020年
- 针对节段模型涡激振动风洞试验的端部效应和长宽比效应,通过不同端部条件和不同长宽比的宽高比5∶1矩形断面节段模型弹性悬挂风洞试验,分析了不同端部条件和长宽比下涡振振幅特征以及模型表面风压和气动力特征。试验结果表明:1)端部条件会略微影响节段模型涡激振动特征;2)模型长宽比会显著影响节段模型涡激振动特征,当长宽比大于两倍端部效应影响长度时,涡振振幅随着长宽比增加而呈现略微增大的趋势;当长宽比小于两倍端部效应影响长度时,涡振振幅随着长宽比减小而加剧减小。节段模型设计时应高度重视模型长宽比设计,合理选择模型长宽比。
- 温青温青华旭刚王修勇孙洪鑫
- 关键词：涡激振动桥梁风洞试验节段模型长宽比
- 宽高比5∶1矩形断面涡激振动锁定区间内涡激力展向相关性分析
- 2023年
- 涡激力展向相关性是准确预测三维柔性结构涡激振动振幅的重要因素。以宽高比5∶1矩形断面为例,通过气动力展向相关函数理论建模和节段模型弹性悬挂测振、测压风洞试验,研究了涡激振动锁定区间内实测气动力展向相关性变化规律。研究结果表明:在涡激振动锁定区间内,实测气动力由完全相关的自激力和不完全相关的随机气动力组成,展向相关性可以用指数加常数型函数描述,指数项系数为随机气动力占实测气动力的能量比,指数项系数和常数之和等于1;实测气动升力均方根在涡振起振阶段最大,随着风速增大反而减小,随机气动力均方根基本保持不变,由此导致实测气动力展向相关性表现为起振阶段最强,随着风速增加而减弱。
- 温青温青华旭刚华旭刚孙洪鑫
- 关键词：涡激振动气动力矩形断面
- 端部条件和展弦比对矩形断面节段模型气动力特征的影响被引量：3
- 2020年
- 端部条件和展弦比是风洞试验节段模型设计的2个重要因素。为了研究端部条件和展弦比对节段模型气动力特征的影响,开展了不同端部条件和不同展弦比的宽高比5∶1矩形断面刚性节段模型静态测压风洞试验。研究结果表明:(1)端部条件和展弦比共同影响着节段模型上流场展向分布。(2)当模型长度大于2倍端部影响区间的长度时,模型上气动力在展向呈现等腰梯形分布;当模型长度小于2倍端部影响区间的长度时,模型上气动力在展向呈现等腰三角形分布。节段模型设计时应重视模型展弦比,合适的展弦比能获得更可靠的结果。
- 温青温青华旭刚华旭刚孙洪鑫
- 关键词：气动力风洞试验矩形断面展弦比
- 钢筋混凝土简支深梁拓扑优化设计方法试验研究被引量：3
- 2021年
- 运用拓扑优化辅助完成工程设计是近年的一种新方法。利用钢筋分离模型GBESO获取基于应力均匀化分布的最优钢筋拓扑,为解决钢筋混凝土深梁等二维构件的工程配筋设计难题提供新思路。分别参照该优化算法的解和按中国规范推荐的深受弯构件经验设计方法完成了一组钢筋混凝土简支深梁配筋设计,并进行静力对比试验。结果表明:钢筋分离模型GBESO设计的构件钢筋消耗量较低,极限承载能力较高,裂缝开展能力较强,且在破坏过程中表现出更佳的耗能能力,由此证明以斜钢筋补强斜截面的配筋设计方式更符合构件的受力机理和特性。钢筋分离模型GBESO在深梁配筋设计方面的能力得到一定的验证。
- 张鹄志徐文韬蒋滇吕伟荣易伟建
- 关键词：钢筋混凝土深梁配筋设计拓扑优化静力试验
