论文部分内容阅读
斜拉索非线性振动问题是当前重点研究课题之一。研究表明拉索各模态间以及各向激励间存在不同的初始相位,且对激励频率以及斜拉索非线性振动特性存在显著影响。目前,对考虑斜拉索激励相位差的研究尚处于起步阶段,多限于对某一组特定参数进行分析。本文主要采用理论分析、参数分析以及对比归纳相结合的方法研究了端部激励相位差对斜拉索响应幅值的影响,主体内容如下:
(1)建立了斜拉索两端受三向激励时的非线性振动理论模型,并考虑激励的初始相位。利用Galerkin进行离散得到一般化的斜拉索无量纲离散控制方程。在此基础上,对方程进行退化研究拉索自由振动特性,着重分析垂度与抗弯刚度对各阶模态固有频率的影响特性。研究表明:拉索垂度仅对低阶奇数模态基频存在影响;另外,在考虑斜拉索抗弯刚度对基频的影响时,当模态阶数为奇数低阶模态时,拉索垂跨比越大,垂度对基频的影响越明显,此时抗弯刚度较小对基频的影响可忽略不计;然而随着模态阶数的增大,垂跨比减小,抗弯刚度对基频的影响将不可忽视。
(2)采用多尺度法研究了在水平向激励组合(Ua+Ub)与水平-竖向激励组合(Ua+Wb)作用下,激励幅值、频率和初始相位对斜拉索1阶振幅的影响。研究表明:主共振区内,当激励频率Ω大于面外1阶固有频率ω2时,在非线性参数耦合作用下,面内激励可大幅激发拉索面外1阶振动;由于斜拉索在重力垂度效应下,面外1阶固有频率ω2将稍小于面内1阶固有频率ω1,此时面外1阶振动更容易被大幅激发,并在面内、外1阶振动中占据主导性;当ω2≤ω1<Ω时,索端面内激励组合可引发拉索强烈的内共振。随着激励间相位差的出现,当ω2=ω1或Ω<ω2<ω1时,两种面内激励组合下激励间相位差对稳态幅值的影响以2π为变化周期,并在激励趋于反相时对幅值增幅或削弱强度达到到最大化。
(3)采用数值分析法分别研究了主共振区和主参数共振区内,ω2=ω1时且索端承受相同激励组合作用,不同激励相位差下的线性与非线性稳态响应;并针对拉索下端存在的面外横桥向激励与面内纵桥向、竖向激励间两两组合工况进行参数分析。研究表明:两种求解方法计算结果基本吻合。激励相位差不仅可使斜拉索非线性振动出现定量变化,还可改变内共振的表现形式。面内激励组合下,将以2π为变化周期,当相位差为π+2kπ(k=0,1,2,…)时对稳态幅值的影响最显著;面内、外激励组合下,相位差对拉索响应幅值的影响以π为周期变化,且当相位差趋于π/2+kπ(k=0,1,2…)时影响最为突出。
(1)建立了斜拉索两端受三向激励时的非线性振动理论模型,并考虑激励的初始相位。利用Galerkin进行离散得到一般化的斜拉索无量纲离散控制方程。在此基础上,对方程进行退化研究拉索自由振动特性,着重分析垂度与抗弯刚度对各阶模态固有频率的影响特性。研究表明:拉索垂度仅对低阶奇数模态基频存在影响;另外,在考虑斜拉索抗弯刚度对基频的影响时,当模态阶数为奇数低阶模态时,拉索垂跨比越大,垂度对基频的影响越明显,此时抗弯刚度较小对基频的影响可忽略不计;然而随着模态阶数的增大,垂跨比减小,抗弯刚度对基频的影响将不可忽视。
(2)采用多尺度法研究了在水平向激励组合(Ua+Ub)与水平-竖向激励组合(Ua+Wb)作用下,激励幅值、频率和初始相位对斜拉索1阶振幅的影响。研究表明:主共振区内,当激励频率Ω大于面外1阶固有频率ω2时,在非线性参数耦合作用下,面内激励可大幅激发拉索面外1阶振动;由于斜拉索在重力垂度效应下,面外1阶固有频率ω2将稍小于面内1阶固有频率ω1,此时面外1阶振动更容易被大幅激发,并在面内、外1阶振动中占据主导性;当ω2≤ω1<Ω时,索端面内激励组合可引发拉索强烈的内共振。随着激励间相位差的出现,当ω2=ω1或Ω<ω2<ω1时,两种面内激励组合下激励间相位差对稳态幅值的影响以2π为变化周期,并在激励趋于反相时对幅值增幅或削弱强度达到到最大化。
(3)采用数值分析法分别研究了主共振区和主参数共振区内,ω2=ω1时且索端承受相同激励组合作用,不同激励相位差下的线性与非线性稳态响应;并针对拉索下端存在的面外横桥向激励与面内纵桥向、竖向激励间两两组合工况进行参数分析。研究表明:两种求解方法计算结果基本吻合。激励相位差不仅可使斜拉索非线性振动出现定量变化,还可改变内共振的表现形式。面内激励组合下,将以2π为变化周期,当相位差为π+2kπ(k=0,1,2,…)时对稳态幅值的影响最显著;面内、外激励组合下,相位差对拉索响应幅值的影响以π为周期变化,且当相位差趋于π/2+kπ(k=0,1,2…)时影响最为突出。